Laserskrivere som "skulpturerer" bilder i liten skala, kan en dag lage fargebilder som ikke blekner over tid slik blekket gjør, ifølge en ny studie.
Forskere ved Technical University of Denmark laget et ark av polymer og halvledermetall som reflekterer farger som aldri blekner, ved å bruke bittesmå strukturer som diffraherer, absorberer og reflekterer lys med forskjellige bølgelengder. Et belegg laget av materialet vil aldri trenge å male om på nytt, og det resulterende bildet ville beholde sin livskraft over tid, sa forskerne.
Denne utskriftsprosessen lar også folk velge mer spesifikke farger, fordi eksakte bølgelengder kan velges, noe som betyr at det er mindre gjetninger involvert i å blande pigmenter og sammenligne fargekart, sier forskerne. Den samme teknikken kan brukes til å lage vannmerker eller til og med kryptering og datalagring, sa forskerne.
I denne teknikken er bildene trykt med en laser, som fyres mot et ark laget av plast på ett lag og germanium på toppen av det. Arkene er laget ved å avsette nanometer-tynne lag med polymer og germanium i former, små sylindere og blokker, ingen måler mer enn 100 nanometer over. (Til sammenligning er en gjennomsnittlig streng med menneskehår omtrent 100 000 nanometer bred.)
"Vi genererer et nanoinntrykk," fortalte studieforfatter Xiaolong Zhu, en nanoteknologiforsker ved Tekniske Universitetet i Danmark, til Live Science.
I likhet med hva en laserskriver gjør, omformer laseren de ørsmå strukturene ved å smelte dem. Med varierende intensitet på laseren ved små skalaer smelter strukturene annerledes, slik at de tar på seg forskjellige geometrier.
Dette er grunnen til at bildeoppløsningen kan være så fin, sa forskerne. Et bilde fra en blekkskriver eller laserskriver består vanligvis av 300 til 2400 punkter per tomme. En piksel i nanometerstørrelse er tusenvis av ganger mindre, noe som betyr en oppløsning på 100.000 punkter per tomme, sier forskerne. Faktisk ligner hele samlingen av piksler på en miniatyrby med skyskrapere, kupler og tårn.
Når hvitt lys treffer de forskjellige formene, kan det reflektere, være bøyd eller diffrahere, sa forskerne. Siden formene er så små, reflekterer noen ikke visse bølgelengder, mens andre sprer eller spretter lyset. Resultatet er at en person ser en farge, avhengig av det spesifikke mønsteret av former, ifølge studien.
Sommerfuglvinger og fuglefjær fungerer på en lignende måte, sa Zhu. Små strukturer dekker sommerfuglens vinge eller en fuglefjær, som sprer lys på spesifikke måter, og gjør fargene som folk ser. Sommerfuglvinger overfører imidlertid noe av lyset og skaper iridescence, sa forskerne. Zhu og kollegene ble mer spesifikke enn det - kombinasjonen av germanium og polymer betyr at de kan kontrollere hvilke bølgelengder av lys som reflekteres fra et gitt sted eller ikke, slik at de ikke gir den iriserende effekten. Dette betyr levende, enkle farger der de vil ha dem, sa forskerne.
Siden fargene er innebygd i selve strukturen til arkene, vil de ikke falme slik pigmenter gjør når de blir utsatt for lys, heter det i studien. Vanlig maling blekner for eksempel når sollys treffer den, fordi det ultrafiolette lyset bryter ned kjemikaliene som utgjør pigmentet. På toppen av det kan maling eller blekk oksidere eller komme av når de utsettes for løsemidler, for eksempel tunge vaskemidler. (Bare drypp vann på et blekkstrålebilde, så kan du se at blekket blir fortynnet og løpe.) På gamle mesterverk er det til og med et fenomen som kalles "metallsåper" basert på den komplekse kjemien som oppstår når malingen eldes, ifølge Chemical & Engineering Nyheter.
Ved hjelp av teknikken deres laget Zhu og kollegene små bilder av Mona Lisa og et portrett av den danske fysikeren Niels Bohr, i tillegg til et enkelt fotografi av en kvinne og en bro, som hver målte rundt 2,5 cm.
For å produsere denne typen skrivere ville forskere måtte gjøre laserteknologien mindre og kanskje trenge et annet materiale for lagene, sa forskerne. Dette materialet må ha en høy brytningsindeks, noe som betyr at det bøyer lyset mye og absorberer lys i bølgelengden som er valgt for laseren, la de til. I sine eksperimenter valgte forskerne grønt lys for bølgelengden og eksperimenterte med silisium for materialet, noe Zhu sa ikke absorberer grønt laserlys så effektivt.
Selv germanium er imidlertid en mulighet, fordi det ikke er for dyrt. "Noen få kilo kan dekke en fotballbane," sa han og la merke til at germanium- og polymerlagene bare er opptil 50 nanometer tykke. Germanium er imidlertid ikke nødvendigvis det beste alternativet, fordi det ikke produserer grønne farger bra, sa Zhu.
Den nye studien vises i 3. mai-utgaven av tidsskriftet Science Advances.
