超快雷射在複合陶瓷薄膜表面進行著色原理示意圖 西湖大學供圖
中新網杭州2月7日電 (童笑雨)不用一滴油墨，就能還原美麗世界，你相信嗎？2月7日，記者從西湖大學獲悉，西湖大學仇旻團隊近日在最新一期Nature Communications以「High-speed laser writing of structural colors for full-color inkless printing」為題解密相關工作。
仇旻實驗室研究人員利用該項技術列印的圖案 西湖大學供圖
該團隊用由氮化鈦和氮化鋁鈦這兩種超硬陶瓷材料組成的複合薄膜作為特殊「紙張」，在其表面利用超快雷射進行微納加工，實現「飛秒雷射無墨彩打」，為雷射無油墨彩色列印技術的產業化應用提供了新思路。
印表機是環境污染的重要來源之一。目前，廣泛使用的噴墨或雷射彩色印表機需要大量使用墨水或碳粉。墨水中含有一定濃度的鉛、鎘、汞、多溴聯苯等有揮發性的有害物質和元素。印表機工作時，碳粉也會釋放出大量可被人體吸收的微顆粒。
如何擺脫「有墨」列印？此前，各國科學家進行了大膽嘗試——利用超快雷射在材料表面製造微納結構以產生結構色的方案，即超快雷射彩色列印技術。
在這種技術中，光(雷射)是「筆」，也是特殊結構「畫布」的「鑄就」者。但其也存在列印色域較窄、對材料限制大、色彩抗磨損性能較差等問題。
如何使用雷射列印更多顏色，並實現顏色不隨觀察角度變化而變化？
過去一年，西湖大學仇旻實驗室的研究人員創新性地提出利用超快雷射加工陶瓷複合陶瓷薄膜，並最終在超快雷射彩色列印技術上實現關鍵性突破。
該項技術的核心首先在於他們發明了一種新穎的「紙」——厚度不過約110納米、僅為頭髮絲千分之一。這種「紙」分為三層。
第一層，也就是自上而下的最底層，是呈金屬性的氮化鈦；第二層，是高損耗的氮化鋁鈦電介質，將調控對自然光的吸收；第三層，是最頂層的氧化鋁。
由於氮化鈦和氮化鋁鈦的硬度較大，它們被稱為陶瓷材料，而這層「陶瓷」構成的如羽毛般輕盈的「紙」，將成為「外衣」，附著在需列印圖樣的物品之上。
同時，仇旻團隊還研發了「筆」的另一種用法。這支筆，依然是雷射，不過在他們的技術中，這支筆不再直接在物品表面創造結構，而是將在陶瓷薄膜紙上進行「雕刻」。
據悉，利用氮化鈦和氮化鋁鈦這兩種超硬陶瓷材料做成的「特殊紙張」，完全可以實現高速、高分辨、寬色域、大尺寸、觀察角度不敏感、抗老化的全彩色無油墨雷射列印。
目前，仇旻實驗室發明的「飛秒雷射無墨彩打」技術，已實現了接近90%的RGB標準顏色系統，遠超當前主流的雷射著色技術。
在列印速度方面，該技術達到了創紀錄的10cm?/s。這意味著一張A4紙，可以在1分鐘內實現全彩色的列印。在列印解析度方面，也超出傳統油墨列印的最高解析度10倍以上。
此外，研究人員還在高溫高濕環境測試了老化情況，在鹽霧環境中測試了抗腐蝕性，並進行了光漂白、附著力等實驗，但「飛秒雷射無墨彩打」的作品仍然「歷久彌新」。(完)