Laserprintere, der "skulpturerer" billeder i mindre skalaer, kunne en dag lave farvefotos, der ikke falmer over tid, som blæk gør, ifølge en ny undersøgelse.
Forskere ved Danmarks Tekniske Universitet lavede et ark af polymer og halvledermetal, der reflekterer farver, der aldrig falmer ved hjælp af små strukturer, som diffraherer, absorberer og reflekterer lys med forskellige bølgelængder. En belægning lavet af materialet behøver aldrig maling igen, og det resulterende billede ville bevare sin livskraft over tid, sagde forskerne.
Denne udskrivningsproces giver også folk mulighed for at vælge mere specifikke farver, fordi nøjagtige bølgelængder kan vælges, hvilket betyder, at der er mindre gætterier involveret i at blande pigmenter og sammenligne farvekort, siger forskerne. Den samme teknik kunne anvendes til at fremstille vandmærker eller endda kryptering og datalagring, sagde forskerne.
I denne teknik er billederne trykt med en laser, der fyres mod et ark, der er lavet af plastik på et lag og germanium ovenpå. Arkene er lavet ved at deponere nanometer-tynde lag af polymer og germanium i former, små cylindre og blokke, hvoraf ingen måler mere end 100 nanometer på tværs. (Til sammenligning er en gennemsnitlig streng af menneskehår ca. 100.000 nanometer bred.)
”Vi genererer et nanoimprægning,” fortæller studieforfatter Xiaolong Zhu, en nanoteknologisk forsker ved Danmarks Tekniske Universitet, Live Science.
Ligesom hvad en laserprinter gør, omformer laseren de små strukturer ved at smelte dem. Når laserens intensitet varierer ved små skalaer, smelter strukturerne forskelligt, så de tager forskellige geometrier.
Dette er grunden til, at billedopløsningen kan være så fin, sagde forskerne. Et billede fra en inkjetprinter eller laserprinter består typisk af 300 til 2.400 prikker pr. Tomme. En pixel i nanometerstørrelse er tusinder af gange mindre, hvilket betyder en opløsning på 100.000 prikker pr. Tomme, siger forskerne. Faktisk ligner hele samling af pixels en miniature by med skyskrabere, kupler og tårne.
Når hvidt lys rammer de forskellige former, kan det reflektere, bøjes eller diffraheres, sagde forskerne. Da figurerne er så små, reflekterer nogle ikke bestemte bølgelængder, mens andre spreder eller spretter lyset. Resultatet er, at en person ser en farve, afhængigt af det specifikke mønster af former, ifølge undersøgelsen.
Sommerfuglevinger og fuglefjer fungerer på en lignende måde, sagde Zhu. Små strukturer dækker sommerfuglens vinge eller en fuglefjer, der spreder lys på bestemte måder, hvilket gør farverne, som folk ser. Sommerfuglvinger transmitterer dog noget af lyset og skaber iriserende virkning, sagde forskerne. Zhu og hans kolleger blev mere specifikke end det - kombinationen af germanium og polymer betyder, at de kan kontrollere, hvilke bølgelængder af lys, der reflekteres fra et givet sted eller ej, så de ikke får den iriserende virkning. Dette betyder levende, enkeltfarver, hvor de vil have dem, sagde forskerne.
Da farverne er indbygget i selve arkurenes struktur, falder de ikke som pigmenter gør, når de udsættes for lys, siger undersøgelsen. Almindelig maling falder for eksempel, når sollys rammer den, fordi det ultraviolette lys nedbryder kemikalierne, der udgør pigmentet. Oven i det kan maling eller blæk oxidere eller komme af, når de udsættes for opløsningsmidler, såsom tunge rengøringsmidler. (Bare dryp vand på et inkjetbillede, og du kan se blækket blive fortyndet og køre.) På gamle mesterværker er der endda et fænomen kaldet "metal sæber" baseret på den komplekse kemi, der opstår som maling alder, ifølge Chemical & Engineering Nyheder.
Ved hjælp af deres teknik lavede Zhu og hans kolleger små billeder af Mona Lisa og et portræt af den danske fysiker Niels Bohr, samt et simpelt fotografi af en kvinde og en bro, som hver målte cirka 2,5 cm på tværs.
For at producere denne type printer massivt, ville forskere skulle gøre laserteknologi mindre og kunne have brug for et andet materiale til lagene af ark, siger forskerne. Dette materiale skulle have et højt brydningsindeks, hvilket betyder, at det bøjer lys meget og absorberer lys ved den bølgelængde, der er valgt til laseren, tilføjede de. I deres eksperimenter valgte forskerne grønt lys for bølgelængden og eksperimenterede med silicium til materialet, hvilket Zhu sagde ikke optager grønt laserlys så effektivt.
Selv germanium er dog en mulighed, fordi det ikke er for dyrt. ”Et par kilogram kan dække en fodboldbane,” sagde han og bemærkede, at germanium- og polymerlagene kun er op til 50 nanometer tykke. Germanium er dog ikke nødvendigvis den bedste mulighed, fordi det ikke producerer grønne farver godt, sagde Zhu.
Den nye undersøgelse vises i 3. maj-udgaven af tidsskriftet Science Advances.
