都知道印刷行業(yè)是需要跟顏料打交道的,那么不需要顏料的印刷你知道嗎?近日,京都大學 Pureosity 團隊利用:蝴蝶的翅膀和一些鳥類的羽毛呈現(xiàn)出美麗的色澤,來自于物體表面結構和光線之間的相互作用,這一原理,研發(fā)出了新型無墨彩色印刷技術,登上 《Nature》 期刊。
人類有追求藝術的天性。但自古以來,繪畫創(chuàng)作受制于相同的局限:對墨水顏料的依賴。大自然不用油墨同樣可以產(chǎn)生出繽紛色彩,例如蝴蝶的翅膀、雄孔雀壯麗的尾羽和其他一些有虹彩效應的鳥羽。這是物體表面結構和光線之間的相互作用所產(chǎn)生的色彩現(xiàn)象,被稱之為“結構色彩(Structural Colour)”。
近日,京都大學 Pureosity 團隊研發(fā)出“組織性微纖維化(Organized Microfilbrillation, OM)”技術,即通過控制材料承受應力時所產(chǎn)生的“裂紋(craze)”,從而實現(xiàn)結構色彩,并應用于彩色印刷。這種技術的研發(fā),將擺脫印刷對墨水顏料的依賴。相關研究成果于 2019 年 6 月 20 日發(fā)表在 Nature 雜志, 論文的作者中,秦德韜和蔣涵東來自中國。
1.控制材料裂紋
研究團隊通過控制應力場從而在聚合物內(nèi)形成裂紋并進一步控制裂紋的結構。在光敏聚合物薄膜中引入光學“駐波”,聚合物分子會產(chǎn)生選擇性分層交聯(lián)。交聯(lián)層和非交聯(lián)層交替排列,并且,它們之間會產(chǎn)生應力作用。將此薄膜置于相應的溶劑中,非交聯(lián)層會在亞微米尺度產(chǎn)生細小的纖維以釋放應力。這將使薄膜在厚度方向形成致密層和微孔層(纖維層)的交替性周期排列。而每個致密層會對入射光線產(chǎn)生反射,這些周期性放射光線的干涉效應會產(chǎn)生結構色彩。該技術被命名為“組織性微纖維化(Organized Microfibrillation, OM)”。研究進一步發(fā)現(xiàn),微纖維的結構與溶劑的類型、溫度和浸潤時間等有密切關系。
2.實現(xiàn)并調控結構色彩
OM 技術通過光學駐波對聚合物薄膜引入應力場。研究證實微孔層(纖維層)的層數(shù)會隨著薄膜初始厚度的增加而增加,且層數(shù)增加的規(guī)律完全吻合光學駐波周 期。此外,可以通過光敏聚合物的分子量和駐波的波長對結構色彩產(chǎn)生聯(lián)合控制, 從而實現(xiàn)色彩范圍覆蓋整個可見光光譜,由藍到紅。
更為可貴的是,OM 技術具備普適性。研究表明該技術適用于多種塑性高分子, 包括聚聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚砜。并且在這些聚合物中, 都實現(xiàn)了對結構色彩的調控。
3.無墨高分辨率彩色印刷
OM 技術可以在多種柔性和透明的基底上實現(xiàn)大規(guī)模無墨彩色印刷。以《蒙娜麗莎》、《戴珍珠耳環(huán)的少女》等西方經(jīng)典油畫作品為藍本,OM 技術可以在毫米級 別清晰地打印出相應的藝術圖案。超高分辨率是該技術的一大優(yōu)勢:研究證實 OM 無墨彩印分辨率可達到每英寸 14000 點數(shù)。而傳統(tǒng)噴墨彩印技術,分辨率通常僅為每英寸 600 點數(shù)。研究團隊認為,未來可以在鈔票防偽,產(chǎn)品包裝,健康保健等眾多領域進一步應用和拓展 OM 技術。