Laserprinters die afbeeldingen op minuscule schaal "beeldhouwen" zouden op een dag kleurenfoto's kunnen maken die na verloop van tijd niet vervagen zoals inkt dat doet, volgens een nieuwe studie.
Onderzoekers van de Technische Universiteit van Denemarken hebben een plaat van polymeer en halfgeleidermetaal gemaakt die kleuren weergeeft die nooit vervagen, met behulp van minuscule structuren die licht met verschillende golflengten buigen, absorberen en reflecteren. Een coating van het materiaal zou nooit opnieuw moeten worden geverfd en het resulterende beeld zou na verloop van tijd zijn levendigheid behouden, aldus de wetenschappers.
Met dit afdrukproces kunnen mensen ook meer specifieke kleuren kiezen, omdat exacte golflengten kunnen worden geselecteerd, wat betekent dat er minder giswerk nodig is bij het mengen van pigmenten en het vergelijken van kleurenkaarten, aldus de onderzoekers. Dezelfde techniek kan worden toegepast voor het maken van watermerken of zelfs codering en gegevensopslag, aldus de onderzoekers.
Bij deze techniek worden de beelden geprint met een laser, die wordt afgevuurd op een vel kunststof gemaakt op één laag en daarop germanium. De vellen worden gemaakt door nanometerdunne lagen polymeer en germanium in vormen, kleine cilinders en blokken te deponeren, geen enkele meet meer dan 100 nanometer breed. (Ter vergelijking: een gemiddelde haarstreng is ongeveer 100.000 nanometer breed.)
"We genereren een nano-afdruk", vertelde hoofdauteur Xiaolong Zhu, een nanotechnologieonderzoeker aan de Technische Universiteit van Denemarken, aan WordsSideKick.com.
Net als bij een laserprinter, hervormt de laser de kleine structuren door ze te smelten. Door de intensiteit van de laser op kleine schaal te variëren, smelten de structuren anders, zodat ze verschillende geometrieën aannemen.
Dit is waarom de beeldresolutie zo fijn kan zijn, aldus de onderzoekers. Een afbeelding van een inkjetprinter of laserprinter bestaat doorgaans uit 300 tot 2.400 dots per inch. Een pixel van nanometerformaat is duizenden keren kleiner, wat betekent een resolutie van 100.000 dots per inch, aldus de onderzoekers. In feite lijkt de hele verzameling pixels op een miniatuurstad van wolkenkrabbers, koepels en torens.
Wanneer wit licht de verschillende vormen raakt, kan het reflecteren, buigen of buigen, aldus de onderzoekers. Omdat de vormen zo klein zijn, reflecteren sommige niet bepaalde golflengten, terwijl andere het licht verspreiden of weerkaatsen. Het resultaat is dat een persoon een kleur ziet, afhankelijk van het specifieke patroon van vormen, volgens de studie.
Vlindervleugels en vogelveren werken op een vergelijkbare manier, zei Zhu. Kleine structuren bedekken de vleugel van een vlinder of een vogelveer, waardoor het licht op specifieke manieren wordt verstrooid, waardoor de kleuren ontstaan die mensen zien. Vlindervleugels laten echter een deel van het licht door en creëren irisatie, aldus de onderzoekers. Zhu en zijn collega's werden specifieker dan dat - de combinatie van germanium en polymeer betekent dat ze kunnen bepalen welke golflengten van licht worden gereflecteerd door een bepaalde plek of niet, zodat ze niet het iriserende effect produceren. Dit betekent levendige, enkele kleuren waar ze ze willen, aldus de onderzoekers.
Omdat de kleuren zijn ingebouwd in de structuur van de vellen, zullen ze niet vervagen zoals pigmenten dat doen bij blootstelling aan licht, aldus de studie. Gewone verf vervaagt bijvoorbeeld wanneer zonlicht erop valt, omdat het ultraviolette licht de chemicaliën waaruit het pigment bestaat, afbreekt. Bovendien kan verf of inkt oxideren of loskomen als het wordt blootgesteld aan oplosmiddelen, zoals schoonmaakmiddelen voor intensief gebruik. (Druppel gewoon water op een inkjetbeeld en je kunt de inkt zien verdunnen en uitlopen.) Bij oude meesterwerken is er zelfs een fenomeen dat "metaalzepen" wordt genoemd, gebaseerd op de complexe chemie die optreedt naarmate de verf ouder wordt, volgens Chemical & Engineering Nieuws.
Met behulp van hun techniek maakten Zhu en zijn collega's kleine foto's van de Mona Lisa en een portret van de Deense natuurkundige Niels Bohr, evenals een eenvoudige foto van een vrouw en een brug van ongeveer 2,5 cm breed.
Om dit soort printers in massa te produceren, zouden onderzoekers lasertechnologie kleiner moeten maken en hebben ze misschien een ander materiaal nodig voor de lagen lagen, aldus de onderzoekers. Dat materiaal zou een hoge brekingsindex moeten hebben, wat betekent dat het veel licht buigt en licht absorbeert op de golflengte die voor de laser is gekozen, voegde ze eraan toe. In hun experimenten kozen de wetenschappers voor groen licht voor de golflengte en experimenteerden ze met silicium voor het materiaal, dat volgens Zhu groen laserlicht niet zo efficiënt absorbeert.
Zelfs germanium is echter een mogelijkheid, omdat het niet te duur is. 'Een paar kilo kan een voetbalveld bedekken', zei hij, en hij merkte op dat de germanium- en polymeerlagen slechts 50 nanometer dik zijn. Germanium is echter niet per se de beste optie, omdat het groene kleuren niet goed produceert, zei Zhu.
De nieuwe studie verschijnt in het nummer van 3 mei van het tijdschrift Science Advances.
