Вы никогда не увидите увядшего павлина. Яркие, переливающиеся, зеленые и синие перья не отбеливаются на солнце и не обесцвечиваются со временем. Это потому, что цвет все зависит от структуры, а не от пигмента; сами перья коричневые, и именно крошечные формы на них, заставляют световые волны мешать друг другу, создавая цвета, которые вы видите.
Это явление изучалось сотни лет, но за последнее десятилетие или около того ученые начали встраивать этот тип окраски в искусственные структуры, примером чего является статья, опубликованная в журнале Science Advances сегодня. Сяолун Чжу и его команда из Технологического университета Дании разработали метод, в котором используются лазеры для создания наноструктур из германия, которые отражают длины волн определенных цветов, и которые можно использовать для создания долговечных цветных изображений.
«Самое главное, что мы делаем многоцветную лазерную печать высокого разрешения очень тонкой пленкой германиевого материала», - говорит Чжу.
Он называет это лазерной печатью, хотя основы структурного цвета имеют на поверхности множество микроскопических колонок, а не то, что мы считаем обычным лазерным принтером. Размер и форма этих столбцов соответствуют длине волны видимого света таким образом, что только впадины могут выходить только из определенных длин волн. Среди искусственных материалов эта подложка представляет собой металл или полупроводник. В этом случае Чжу и его команда положили германий поверх пластиковых столбов, став первым, кто построил такие структуры из полупроводника, в котором не было добавлено никакого металла.
Это дало особое преимущество: мощный лазер, настроенный на нужную частоту, может избирательно плавить германий. Отправной точкой является тонкая пленка германия, натянутая на тонкую гибкую пластиковую поверхность, с микроскопическими круглыми колоннами, идущими вверх. Когда исследователи бьют колонки лазером, они превращаются из круга в сферу, которая меняет цвет материала с красного на синий. Поскольку ширина столбов составляет всего 100 нанометров, этот процесс может обеспечить разрешение до 100 000 точек на дюйм или выше, что соответствует максимальному теоретически возможному разрешению для традиционных лазерных принтеров.
Более того, степень плавления также является контролируемой, то есть полусфера или частичная сфера может показать цвет в любом месте визуального спектра между двумя крайностями.
«То, что они действительно решают здесь, является ключевой инженерной проблемой, которая должна быть решена для определенных приложений в структурном цвете, и именно так вы можете создать систему, в которой вы можете написать шаблон в виде различных структурных цветов в разных точках в образец », - говорит Винотан Манохаран, профессор физики в Гарварде, чья лаборатория изучает различные способы создания структурного цвета на основе самосборки наночастиц.
Печатные структурные окраски, подобные этим, желательны из-за их долговечности. Как и павлин, они не будут выцветать или отбеливать.
«Это не исчезнет в течение длительного времени», - говорит Чжу. «В этом преимущество этой технологии. Чернила пигментов со временем исчезнут, особенно для наружного применения ».
На этом изображении Моны Лизы лазер напечатал 127 000 точек на дюйм. (Технический университет Дании) В то время как этот метод требует материала, покрытого полупроводником (и не особенно дешевого, хотя команда работает над заменой германия более легкодоступным кремнием), Чжу говорит, что полупроводниковый слой настолько тонок - 35 нанометров - что печатает на нем становится возможным для многих приложений. В первую очередь он упоминает о безопасности и хранении информации, потому что им поддаются высокое разрешение и высокая плотность информации, обеспечиваемые цветным кодированием.
По его словам, DVD может поставляться с шаблоном безопасности. Или, если круглые столбцы заменить квадратными прямоугольниками, то свет поляризуется определенным образом. Информация может храниться, но извлекаться только при правильно поляризованном свете. Это может превратиться в водяные знаки или «чернила» для защиты от подделок в валютах.
Не ищите ничего на полках в ближайшее время. Чжу и его команда все еще пытаются решить сложную, но важную проблему: как получить зеленый свет. Зеленый находится в середине спектра, что означает, что им придется разрабатывать структуры, чтобы поглощать как синий, так и красный свет. В настоящее время они разрабатывают более сложные наноструктуры для этого, говорит Чжу.
«Им нужно будет решить некоторые другие проблемы, чтобы реализовать приложения, которые они хотели достичь», - говорит Манохаран. «Это большое поле сейчас. В этом пространстве много работы. Существует широкий спектр применений для структурного цвета, и это одна из причин, почему существует так много разных методов. Для этого приложения лично я считаю, что оно действительно хорошо для чернил безопасности ".
