Ученые из Национального университета г. Сеул (Южная Корея)
разработали уникальные чернила M-Ink на основе наночастиц, которые можно
применять для дешевой и быстрой полноцветной печати любых изображений в видимой
части спектра. Основная идея заключается в получении нужного цвета не с
помощью пигментов, а за счет интерференции света на структурированной
поверхности.
Идею наночернил ученые позаимствовали у природы. Не секрет,
что яркие цвета в экстерьере многих птиц и насекомых появляются не из-за
наличия особых пигментов, а в ходе взаимодействия света с одним и тем же
биологическим материалом – палочками меланина. Иными словами, цвет образуется
не за счет пигмента, а за счет особой структуры отражающей поверхности.
В состав структурных цветных чернил M-Ink входят три
основных компонента – магнитные частицы 100-200 нанометров в поперечнике,
растворитель и связующий компонент из синтетических смол. Изначально
наночастицы равномерно распределены по всему объему наполнителя, так что
чернила выглядят коричневой массой. Как только к этим чернилам прикладывается
внешнее магнитное поле, наночастицы немедленно выстраиваются по линиям этого
поля, образуя структуры в виде цепочек.
Цепочки наночастиц, расположенные с определенным интервалом,
создают эффект интерференции при попадании света, так что отраженный свет
приобретает определенный цвет в зависимости от интервала между цепочками.
Изменение силы магнитного поля позволяет регулировать это расстояние и
корректировать цвет поверхности. Чтобы получить на поверхности различные узоры,
например кривые линии, нужно обеспечить определенный наклон магнитного поля
для этого разработчики предлагают использовать сразу несколько электромагнитов.
Растворитель играет важную роль в технологии наночернил. При
упорядочивании магнитных частиц в магнитном поле этот растворитель создает силы
отталкивания, которые не дают частицам склеиться в единый комок. Как только
нужный цвет получен, положение наночастиц можно зафиксировать путем экспонирования
под ультрафиолетовой лампой. Ультрафиолет вызывает затвердевание наполнителя
в экспериментальной установке используется система так называемой безмасочной
литографии, где ультрафиолет направляется только на те участки изображения, где
текущий цвет должен присутствовать в готовом отпечатке. Последовательное
изменение конфигурации магнитов и экспонирование готовых участков под
ультрафиолетом позволяет в перспективе получить полноцветное изображение по
всей поверхности.
Как пишет в своей статье Сун Хун Кван (Sunghoon Kwon), один
из разработчиков новой технологии, на первом шаге магниты используются для
установки красного цвета, а экспонирование в ультрафиолете в течение 0,1
секунды закрепляет красные участки изображения. Затем магниты настраиваются на синий
цвет, снова экспозиция на 0,1 секунды, затем создается зеленый цвет. В итоге
полноцветный отпечаток размером A4 можно получить всего за секунду. Тем не
менее, признают разработчики, перенастройка магнитов пока происходит достаточно
медленно, поэтому фактическое время получения отпечатка оказывается чуть больше
порядка нескольких секунд.
Создатели новой технологии считают, что кроме традиционной
полиграфии их метод может найти применение и в других сферах, например, в
борьбе с пиратством. Наночернила позволяют создать уникальные наклейки, которые
во внешнем магнитном поле будут меняться особым образом. Также наночернила
можно применять для произвольного изменения цвета на поверхности различных
устройств – при условии, что сами наночернила будут защищены от солнечного
ультрафиолета специальным покрытием.
Комментаторы открытия отмечают, что для подобного получения
нужных цветов методом интерференции можно было бы использовать уже имеющиеся
технологии. В частности, структурирование поверхности с помощью лазерного луча,
которое создает переливающиеся картинки на DVD-дисках, может, в принципе, стать
конкурентом наночернил, но чернила M-Ink имеют важное фундаментальное отличие:
они меняют цвет всего слоя, а не создают узор на поверхности, как лазерный луч.
Кроме того, безмасочная литография для закрепления изображения в идеале
обходится дешевле, чем структурирование крупных поверхностей с помощью лазера
затраты на рисование лазером прямо зависят от свойств подложки, а наночернила
можно наносить практически на любую немагнитную поверхность.
Подробнее о новой методике создания статических полноцветных
изображений с помощью эффекта интерференции в слое упорядоченных магнитных
наночастиц можно прочитать в статье разработчиков в журнале Nature
Photonics.
По материалам сайта New
Scientist.
|
