Forskare vid Missouri University of Science and Technology ger ny innebörd åt termen "läs det finstilta" med sin demonstration av en färgutskriftsprocess med nanomaterial.

I detta fall, utskriftsfunktionerna är mycket fina – synliga endast med hjälp av ett kraftfullt elektronmikroskop.

Forskarna beskriver sin "no-ink" tryckmetod i det senaste numret av tidskriften Nature Publishing Group Vetenskapliga rapporter och illustrera deras teknik genom att reproducera Missouri S&T athletic-logotypen på en yta i nanometerskala. En nanometer är en miljarddels meter, och vissa nanomaterial är bara några få atomer stora.

Metoden som beskrivs i Vetenskapliga rapporter artikel "Strukturell färgutskrift baserat på plasmoniska metasytor med perfekt ljusabsorption" involverar användningen av tunna smörgåsar av metall-dielektriska material i nanometerskala, kända som metamaterial som interagerar med ljus på sätt som inte syns i naturen. Experimenterar med samspelet av vitt ljus på sandwichliknande strukturer, eller plasmoniska gränssnitt, forskarna utvecklade vad de kallar "en enkel men effektiv strukturell färgutskriftsplattform" på nanometerskalanivå. De tror att processen lovar framtida ansökningar, inklusive bildkonst i nanoskala, säkerhetsmärkning och informationslagring.

Forskarnas tryckyta består av en sandwichliknande struktur som består av två tunna filmer av silver separerade av en "spacer"-film av kiseldioxid. Det översta lagret av silverfilm är 25 nanometer tjockt och punkteras med små hål skapade av en mikrotillverkningsprocess som kallas fokuserad jonstrålefräsning. Det undre lagret av silver är fyra gånger tjockare än det översta lagret men fortfarande ringa vid 100 nanometer. Mellan topp- och bottenfilmerna ligger en dielektrisk dielektrisk distans på 45 nanometer.

Forskarna skapade en förminskad mall av den atletiska logotypen och borrade ut små perforeringar på det översta lagret av metamaterialstrukturen. Under ett svepelektronmikroskop, mallen ser ut som ett nålmönster av logotypen. Forskarna strålade sedan ljus genom hålen för att skapa logotypen utan att använda bläck – bara interaktionen mellan materialen och ljuset.

Genom att justera hålstorleken på det översta lagret, ljus med önskad frekvens strålades in i materialet med en perfekt absorption. Detta gjorde det möjligt för forskare att skapa olika färger i det reflekterade ljuset och därigenom exakt återge S&T athletic-logotypen med nanoskala färgpaletter. Forskarna justerade ytterligare hålen för att ändra logotypens officiella gröna och guldfärgade färgschema för att introducera fyra nya färger (ett orange och-tecken, magenta "S" och "T, " cyan pickax symbol och marinblå "Missouri").

"För att återskapa ett färgstarkt konstverk med våra färgpaletter i nanoskala, vi ersatte olika områden i originalbilden med olika nanostrukturer med specificerade hålstorlekar för att representera olika synliga färger, " säger Dr Xiaodong Yang, en biträdande professor vid Missouri S&T, som leder Nanoscale Optics Laboratory på universitetets avdelning för maskin- och flygteknik. "Vi valde den atletiska logotypen för att fylla det behovet."

"Till skillnad från utskriftsprocessen för en bläckstråle- eller laserstråleskrivare, där blandade färgpigment används, det används inget färgbläck i vår strukturella tryckprocess – bara olika hålstorlekar på ett tunt metallskikt, säger Dr Jie Gao, en biträdande professor i mekanisk och rymdteknik vid Missouri S&T och en medförfattare till uppsatsen.

I deras tidning, författarna noterar att processen resulterade i "rena färger med hög ljusstyrka" med litet behov av skyddande beläggningar. Forskarna tror att processen kan leda till "högpresterande, pigmentfritt färgutskrift och relevanta applikationer som säkerhetsmärkning och informationslagring."