En färgad nanoskalavbildning av en standardtestbild som används vid bildbehandlingsexperiment - (a) Före tillsats av metall i nanostrukturerna, bilden har bara gråtoner som observerats under ett optiskt mikroskop. (b) Färger observeras med samma optiska mikroskop efter tillsats av metallskikten till nanostrukturerna och i specifika mönster. (c) Zooma in i bilden med samma inställning, den spegelvända reflektionen i ögonvrån observeras och visar den raffinerade färgdetaljen som den nya metoden kan uppnå. Regionen som anges (längst ner till höger) består av nanostrukturer som observerats i elektronmikrografen. Upphovsman:Agency for Science, Teknik och forskning (A*STAR)
Inspirerad av färgglada glasmålningar, forskare från Singapore har visat en innovativ metod för att producera skarpa, fullspektrumfärgbilder vid 100, 000 dpi som kan tillämpas i reflekterande färgskärmar, förfalskning, och optisk datainspelning med hög densitet.
Forskare från A*STAR’s Institute of Materials Research and Engineering (IMRE) har utvecklat en innovativ metod för att skapa skarpa, fullspektrumfärgbilder vid 100, 000 punkter per tum (dpi), med metallsnörda nanometerstora strukturer, utan behov av bläck eller färgämnen. I jämförelse, nuvarande industriella skrivare som bläckstråleskrivare och laserstråleskrivare kan bara uppnå upp till 10, 000 dpi medan forskningsmetoder kan avge färgämnen för endast enfärgsbilder. Detta nya genombrott gör att färgning inte kan behandlas som ett färgämne utan som ett litografiskt material, som potentiellt kan revolutionera hur bilder skrivs ut och vidareutvecklas för användning i högupplösta reflekterande färgskärmar samt optisk datalagring med hög densitet.
Inspirationen till forskningen härrörde från målat glas, som traditionellt tillverkas genom att blanda små metallfragment i glaset. Det konstaterades att nanopartiklar från dessa metallfragment sprider ljus som passerar genom glaset för att ge målat glas dess färger. Med ett liknande koncept med hjälp av moderna nanotekniska verktyg, forskarna exakt mönstrade metallnanostrukturer, och utformade ytan för att reflektera ljuset för att uppnå färgbilderna.
"Upplösningen av tryckta färgbilder beror mycket på storleken och avståndet mellan enskilda" nanodoter "av färg", förklarade Dr Karthik Kumar, en av de viktigaste forskarna. "Ju närmare prickarna är och på grund av deras lilla storlek desto högre bildupplösning. Med förmågan att exakt placera dessa extremt små färgpunkter, vi kunde visa den högsta teoretiska utskriftsfärgupplösningen på 100, 000 dpi. "
”Istället för att använda olika färgämnen för olika färger, vi kodade färginformation till storlek och position för små metallskivor. Dessa skivor interagerade sedan med ljus genom fenomenet plasmonresonanser, ”Sa Dr Joel Yang, projektledare för forskningen. ”Teamet byggde en färgdatabas som motsvarade ett specifikt nanostrukturmönster, storlek och avstånd. Dessa nanostrukturer placerades sedan därefter. På samma sätt som ett barns "färg-efter-siffror" -bild, storlekarna och positionerna för dessa nanostrukturer definierade "siffrorna". Men istället för att sekvensiellt färga varje område med ett annat bläck, en ultratunn och likformig metallfilm avsattes över hela bilden vilket fick de ”kodade” färgerna att visas på en gång, nästan som magi! ” tillade Dr Joel Yang.
Forskarna från IMRE hade också samarbetat med A*STAR’s Institute of High Performance Computing (IHPC) för att designa mönstret med hjälp av datasimulering och modellering. Dr Ravi Hegde från IHPC sa:”Datorsimuleringarna var avgörande för att förstå hur strukturerna gav upphov till så rika färger. Denna kunskap används för närvarande för att förutsäga beteendet hos mer komplicerade nanostrukturer.
Forskarna arbetar för närvarande med Exploit Technologies Pte Ltd (ETPL), A*STAR:s tekniköverföringsarm, att engagera potentiella samarbetspartners och utforska licensiering av tekniken. Forskningen publicerades online den 12 augusti 2012 i Naturnanoteknik , en av de bästa vetenskapliga tidskrifterna för materialvetenskap och nanoteknik.
