Цветная печать теперь возможна без использования пигментов или красителей
Японские исследователи разработали способ получения структурного цвета с помощью струйного принтера, что открывает новые возможности для технологий защиты от подделок, создания полупрозрачных «умных» окон и произведений искусства.
При обычной струйной печати используются чернила, содержащие пигменты или красители, которые придают цвет, поглощая определенные длины световых волн и отражая остальные.
Но пигменты и красители со временем выцветают, особенно под воздействием света.
Структурный цвет возникает благодаря наноструктурам, которые преломляют, дифрагируют и рассеивают свет.
В природе он придает драгоценным камням-аммолитам яркий цвет и радужный блеск, создает трехмерную иллюзию на плоских крыльях мотыльков, питающихся нектаром, и отвечает за яркую окраску синих акул.
Структурная окраска не тускнеет, если не происходит физического изменения структуры материала, поэтому она обеспечивает более стабильный и долговечный подход к окрашиванию искусственных материалов.
В 2024 году команда из Университета Кобе представила новые чернила, которые создают яркие структурные цвета за счет взвешенных нанокристаллов кремния (Si), которые в зависимости от своего диаметра (от 100 до 200 нм) очень сильно отражают определенные длины световых волн.
Но по мере высыхания растворителя, содержащегося в краске, наносферы слипались, что меняло их взаимодействие со светом и ухудшало общий цвет.
«Мы хотели разработать структурный цветной материал, который можно было бы обрабатывать так же, как обычные чернила или краски», — говорит инженер-материаловед Хироси Сугимото.
«Я очень рад, что создание суспензии для кремниевых наносфер, совместимой со струйной печатью, наконец-то позволит печатать полноцветные изображения без использования пигментов или красителей».
Для этого команда Сугимото покрыла каждую кремниевую наносферу оболочкой из диоксида кремния (SiO2), которая служит прозрачным барьером между кристаллами.
В остальном оболочка из диоксида кремния не влияет на цвет структуры, поскольку свет не преломляется на границе раздела между ней и эмульсией акриловой смолы на водной основе, в которой взвешены наночастицы.
Исследователи продемонстрировали, что их новую разработку можно напечатать с помощью обычного струйного принтера на плоской ПЭТ-пленке и на трехмерной металлической поверхности. При печати на ПЭТ-пленке изображения могут выглядеть по-разному в зависимости от того, проходит ли свет через изображение или отражается от него сверху.
Изображение, напечатанное структурными цветными чернилами, хорошо пропускает свет снизу, но отражает свет сверху.
«С помощью наночастиц кремния [Si NPs] различного диаметра можно создавать четкие и асимметричные многоцветные изображения», — пишут исследователи в новом исследовании, результаты которого представлены в журнале Advanced Materials.
«Сочетание яркого отражения и слабого пропускания света при низкой концентрации открывает широкие возможности для создания явных и скрытых защитных элементов и декоративных наложений на цифровых дисплеях. Эти свойства можно использовать для защиты от подделок».
Больше на COSMOFACT
Подпишитесь, чтобы получать последние записи по электронной почте.
