西湖大学仇旻团队实现“飞秒激光无墨彩打”技术突破

快速发展的印刷行业，在印刷过程中也会形成对生态环境和人们健康的危害。例如，广泛使用的喷墨或激光彩色打印机需要大量使用墨水或碳粉，而墨水中含有一定浓度的铅、镉、汞、多溴联苯等有挥发性的有害物质和元素。

为了实现无墨打印，各国科学家尝试利用超快激光在材料表面制造微纳结构以产生结构色的方案，即超快激光彩色打印技术。

图 超快激光在复合陶瓷薄膜表面进行着色原理示意图 来源：仇旻实验室

据资料显示，近日，西湖大学仇旻团队实现了“飞秒激光无墨彩打”关键技术的突破。该研究以“High－speed laser writing of structural colors for full－color inkless printing”为题发表在最新一期Nature Communications上。

该研究团队创新性地提出利用超快激光加工陶瓷复合陶瓷薄膜，并最终在超快激光彩色打印技术上实现关键性突破。

如何实现超快激光彩色打印？需要有新型的“纸张”与“笔”。据资料显示，研究团队发明了一种新颖的“纸”，其厚度不过约110 nm、仅为头发丝千分之一。这种“纸”分为三层：自下而上的第一层，是呈金属性的氮化钛；第二层，是高损耗的氮化铝钛电介质，将调控对自然光的吸收；第三层，是氧化铝。氮化钛和氮化铝钛被称为陶瓷材料，他们构成 “纸”，附着在需打印图样的物品之上。

而激光作为“笔”，不再直接在物品表面创造结构，而是将在陶瓷薄膜纸上进行“雕刻”。 激光将投在薄膜上，通过控制入射激光的能量或扫描速度，便可同时改变氧化膜（氧化铝）和氮化铝钛膜的厚度；在厚度改变后，入射的自然光将通过三层膜结构之间的复杂干涉效应，形成特定的反射颜色。

图 激光打印的典型色板（a）和色域范围（b）来源：仇旻实验室

研究人员利用多种技术手段如能量色散x射线、x射线光电子能谱、x射线衍射、聚焦离子束刻蚀对激光着色的区域进行材料分析，证实观察到的色彩的确来自激光诱导形成的氧化层。