不需要颜料的彩色打印

来自俄罗斯的科学家近日成功开发出一种新型彩色打印技术。依靠结构色原理,这种新技术不需要使用任何颜料就可以打印出彩色。

彩色打印的实现离不开各种颜料。这些化学物质由于特殊的化学结构而选择性吸收可见光中某些波长的光,从而呈现出不同的色彩。但许多颜料对环境和人体健康具有一定的危害,而且一些颜料会逐渐与空气中氧气等物质发生化学反应,反应得到的物质颜色往往有别于原先的颜料,甚至会变成无色,因此许多使用颜料的画作、照片或者印刷品长期放置后会出现褪色。

(图片来源:http://visualgraphicsonline.com/full-color/)

(图片来源:http://visualgraphicsonline.com/full-color/)

为了克服颜料的这些弊端,近年来越来越多的研究人员探索利用结构色来呈现色彩。结构色指的是由于特定的微观结构使得光发生干涉现象而产生的色彩,这种现象在自然界很常见,例如许多蝴蝶鳞片上的颜色即来源于结构色。结构色的产生完全取决于物体的微观结构,而与其化学组成无关,因此我们可以通过无毒且化学性质稳定的物质来产生色彩。

来自圣彼得堡国立资讯科技机械与光学大学的研究人员尝试利用薄膜干涉产生的结构色来实现彩色打印。薄膜干涉是常见的实现结构色的途径,当光从一个薄膜的上下表面分别反射并相遇时,薄膜的厚度使得两束反射光经过的路程不同,如果某一波长的光恰好由于发生干涉而强度最大,薄膜即呈现出该波长的光对应的颜色。肥皂泡以及水上的油膜呈现出的色彩都是由于薄膜干涉导致的结构色。薄膜厚度变化时,其颜色也随之变化,因此如果我们在纸或者其他媒介上覆盖不同厚度的薄膜,就有可能实现不同的颜色。

研究人员此次以二氧化钛的纳米颗粒为主要原料,成功开发出一种新型墨水。这种墨水可以像传统的油墨一样通过打印机进行打印。二氧化钛本身没有颜色,但当它的颗粒被打印到纸或者其他基底上时,形成的薄膜由于发生薄膜干涉而呈现彩色。通过控制喷洒到基底上的液滴体积,膜的厚度可以被调节,从而产生不同的颜色。目前这种方法还存在一定局限,例如尚不能产生红色,不过研究人员仍然对于它的前景表示乐观。

利用结构色原理打印出的彩色图片

利用结构色原理打印出的彩色图片 (图片引自原论文)

报道:Creating a color printer that uses a colorless, non-toxic ink inspired by nature

论文:Inkjet Color Printing by Interference Nanostructures

编译:魏昕宇

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