Никога не виждаш избледнял паун. Ярките, преливащи се зелени и сини пера не побеляват на слънце или не се обезцветяват с времето. Това е така, защото цветът идва от структура, а не от пигмент; самите пера са кафяви и именно малките форми върху тях причиняват светлинни дължини на вълната да се намесват взаимно, произвеждайки цветовете, които виждате.
Феноменът е изучен в продължение на стотици години, но през последното десетилетие или около това учените започнаха да изграждат този вид оцветяване в структури, създадени от човека, което е илюстрирано от документ, публикуван днес в Science Advances . Xiaolong Zhu и екип от Техническия университет в Дания разработиха метод, който използва лазери за изграждане на наноструктури от германий, които отразяват дължината на вълната на определени цветове и могат да бъдат използвани за конструиране на трайни цветни изображения.
"Най-важното е, че правим лазерно отпечатване с висока разделителна способност на много цветове чрез много тънък филм от германиев материал", казва Джу.
Той го нарича лазерен печат, макар основите на структурния цвят дават масив от микроскопични колони на повърхността, а не това, което мислим за нормален лазерен принтер. Размерът и формата на тези колони съответстват на дължината на вълната на видимата светлина по такъв начин, че само определени дължини на вълната могат да избягат от коритата. Сред материалите, направени от човека, този субстрат е метал или полупроводник. В този случай Жу и неговият екип положиха германий над пластмасовите стълбове, ставайки първият, който изгради такива структури от полупроводник, без да е смесен метал.
Това даде особено предимство: Мощен лазер, настроен на правилната честота, може селективно да стопи германия. Началната точка е тънък филм от германий, опънат върху тънка, гъвкава, пластмасова повърхност, с микроскопични кръгли колони, простиращи се нагоре. Когато изследователите удрят колоните с лазера, те се стопяват от кръг в сфера, което променя цвета, който материалът изглежда от червен до син. Тъй като стълбовете са широки само 100 нанометра, процесът може да осигури до или над 100 000 dpi, което е около максималната резолюция, теоретично възможна за традиционните лазерни принтери.
Още по-добре, степента на топене също е контролируема, което означава половин сфера, или частична сфера, може да показва цвят навсякъде във визуалния спектър между двете крайности.
„Това, което те решават тук, е ключов инженерен проблем, който трябва да бъде решен за определени приложения в структурен цвят и по този начин можете да направите система, в която да напишете шаблон в нея като различни структурни цветове в различни точки на моделът “, казва Винотан Манохаран, професор по физика в Харвард, чиято лаборатория изучава различно средство за създаване на структурен цвят въз основа на самостоятелно сглобяване на наночастици.
Печат на структурно оцветяване като тези е желателно поради тяхната трайност. Подобно на пауна, те няма да избледнеят и не побелеят.
„Няма да избледнее за дълго“, казва Джу. „Това е предимството на този вид технологии. Мастилото на пигменти ще избледнее с времето, особено за външна употреба. "
Лазерно отпечатано 127 000 точки на инч в това изображение на Mona Lisa. (Технически университет на Дания) Докато този метод изисква материал, покрит с полупроводник (и не особено евтин, въпреки че екипът работи по замяната на германий с по-лесно достъпния силиций), Джу казва, че полупроводниковият слой е толкова тънък - 35 нанометра -, че се отпечатва върху него става възможно за много приложения. Първо той споменава за сигурността и съхранението на информация, тъй като високата разделителна способност и високата плътност на информацията, осигурени чрез кодиране в цвят, се поддават на тях.
DVD може да се предлага с модел на сигурност, казва той. Или, ако кръговите колони се заменят с квадратни кутии, тогава светлината се поляризира по определен начин. Информацията може да се съхранява, но да се извлича само при правилно поляризирана светлина. Това може да навлезе във водни знаци или „мастило“ за защита от фалшиви пари във валути.
Не търсете скоро нещо по рафтовете. Джу и неговият екип все още се опитват да разрешат един труден, но важен проблем: как да произвеждат зелена светлина. Зеленото е в средата на спектъра, което означава, че ще трябва да развият структури, които да поемат синя и червена светлина. В момента те разработват по-сложни наноструктури, за да го направят, казва Джу.
„Те ще трябва да решат някои други проблеми, за да постигнат приложенията, които са искали да постигнат“, казва Манохаран. „Сега това е голямо поле. В това пространство има много работа. Има широк спектър от приложения за структурен цвят и това е причината, поради която има толкова много различни техники. За това приложение моето лично мнение е, че наистина е добро за мастила за сигурност. "
