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全介質(zhì)的微納米彩色印刷術(shù)

來(lái)源: X-MOL 2017-08-18 11:21:33

二氧化鈦?zhàn)鳛樯钪幸环N常見狀態(tài)為白色粉末狀的氧化物，具有無(wú)毒、高亮度和白度的性質(zhì)，被認(rèn)為是世界上性能最好的白色顏料，廣泛應(yīng)用于印刷、化妝品等工業(yè)領(lǐng)域。近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的肖淑敏（點(diǎn)擊查看介紹）團(tuán)隊(duì)將二氧化鈦材料進(jìn)行微納加工，人工創(chuàng)建了一種新型廣色域、高分辨率的彩色印刷技術(shù)。

印刷術(shù)是中國(guó)古代的四大發(fā)明之一，而彩色打印更是極大地豐富了人們的日常生活。結(jié)構(gòu)彩色印刷采用微納米結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顏色，近年來(lái)取得了廣泛的關(guān)注。不同于傳統(tǒng)的彩色印刷技術(shù)，結(jié)構(gòu)彩色印刷技術(shù)不需要使用染料或者油墨，結(jié)構(gòu)顏色的產(chǎn)生僅僅依賴光與結(jié)構(gòu)的相互作用，并且在分辨率、色度、化學(xué)穩(wěn)定性和環(huán)保等方面都有著巨大優(yōu)勢(shì)。目前結(jié)構(gòu)印刷主要基于等離子體金屬材料以及半導(dǎo)體硅材料，在可見光波段對(duì)光有著極大損耗的制約因素，由此導(dǎo)致其強(qiáng)度弱、對(duì)比度低等一系列問(wèn)題，目前報(bào)道的結(jié)構(gòu)印刷設(shè)計(jì)很難做到可見光范圍內(nèi)高效、高飽和度的彩色打印，限制了其在高質(zhì)量彩色印刷中的應(yīng)用。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)開發(fā)的基于二氧化鈦的微納米彩色打印技術(shù)很好地彌補(bǔ)了上述缺憾。在過(guò)去的幾年中，高質(zhì)量的二氧化鈦薄膜已經(jīng)能夠通過(guò)原子層沉積技術(shù)和電子束蒸鍍技術(shù)獲得，在可見光波段具有較高的折射率和幾乎為零的損耗。在之前的報(bào)道中，制備二氧化鈦結(jié)構(gòu)通常依賴于原子層沉積和反應(yīng)離子束刻蝕技術(shù)，該方案通常需要很長(zhǎng)的制備時(shí)間，不利于應(yīng)用的推廣。而哈爾濱工業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)采用一套更簡(jiǎn)單的手段實(shí)現(xiàn)了二氧化鈦結(jié)構(gòu)的制備，通過(guò)電子束曝光和蒸鍍過(guò)程成功制備出二氧化鈦的周期陣列結(jié)構(gòu)，通過(guò)合理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的尺寸，結(jié)構(gòu)單元所支持的光譜響應(yīng)有效地壓縮，能夠在特定光譜位置實(shí)現(xiàn)高反射（~70%）、窄帶寬（~30 nm）的響應(yīng)，而在可見光波段的其他位置，該結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出極低的反射。此外，該結(jié)構(gòu)還具有角度和偏振不敏感的特性，能夠在大角度和不同偏振光照射下保持光譜響應(yīng)位置幾乎不變。這樣的光譜響應(yīng)所表現(xiàn)出來(lái)的顏色具有高亮度和廣色域的特征。

該結(jié)構(gòu)優(yōu)異的光譜性能使其可以應(yīng)用于高分辨率（16000 dpi）和廣色域的常規(guī)彩色打印和顯示。此外，該技術(shù)將在表面修飾、數(shù)字顯示、分子檢測(cè)、光學(xué)加密設(shè)備和穩(wěn)定的光信息存儲(chǔ)等領(lǐng)域具有實(shí)際意義。

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