Laserdrucker, die Bilder in winzigen Maßstäben "formen", könnten eines Tages Farbfotos erstellen, die laut einer neuen Studie nicht wie Tinte im Laufe der Zeit verblassen.
Forscher der Technischen Universität von Dänemark stellten ein Blatt aus Polymer und Halbleitermetall her, das Farben reflektiert, die niemals verblassen, wobei winzige Strukturen verwendet wurden, die Licht unterschiedlicher Wellenlängen beugen, absorbieren und reflektieren. Eine Beschichtung aus dem Material würde niemals neu gestrichen werden müssen, und das resultierende Bild würde seine Lebendigkeit über die Zeit behalten, sagten die Wissenschaftler.
Dieses Druckverfahren ermöglicht es den Menschen auch, spezifischere Farben auszuwählen, da genaue Wellenlängen ausgewählt werden können, was bedeutet, dass das Mischen von Pigmenten und das Vergleichen von Farbkarten weniger Rätselraten erfordern, sagten die Forscher. Die gleiche Technik könnte angewendet werden, um Wasserzeichen oder sogar Verschlüsselung und Datenspeicherung zu erstellen, sagten die Forscher.
Bei dieser Technik werden die Bilder mit einem Laser gedruckt, der auf eine Folie aus Kunststoff auf einer Schicht und darauf Germanium abgefeuert wird. Die Folien werden hergestellt, indem nanometerdünne Schichten aus Polymer und Germanium in Formen, kleinen Zylindern und Blöcken mit einem Durchmesser von mehr als 100 Nanometern abgeschieden werden. (Zum Vergleich: Eine durchschnittliche Haarsträhne ist etwa 100.000 Nanometer breit.)
"Wir erzeugen einen Nanoabdruck", sagte der Studienleiter Xiaolong Zhu, ein Nanotechnologieforscher an der Technischen Universität von Dänemark, gegenüber Live Science.
Ähnlich wie bei einem Laserdrucker formt der Laser die winzigen Strukturen durch Schmelzen neu. Durch Variieren der Intensität des Lasers in winzigen Maßstäben werden die Strukturen unterschiedlich geschmolzen, sodass sie unterschiedliche Geometrien annehmen.
Deshalb kann die Bildauflösung so gut sein, sagten die Forscher. Ein Bild von einem Tintenstrahldrucker oder Laserdrucker besteht typischerweise aus 300 bis 2.400 Punkten pro Zoll. Ein Pixel im Nanometerbereich ist tausendfach kleiner, was eine Auflösung von 100.000 Punkten pro Zoll bedeutet, so die Forscher. Tatsächlich ähnelt die gesamte Pixelsammlung einer Miniaturstadt aus Wolkenkratzern, Kuppeln und Türmen.
Wenn weißes Licht auf die verschiedenen Formen trifft, kann es reflektieren, gebogen oder gebeugt werden, sagten die Forscher. Da die Formen so klein sind, reflektieren einige bestimmte Wellenlängen nicht, während andere das Licht streuen oder reflektieren. Das Ergebnis ist, dass eine Person je nach Studie eine Farbe sieht, die vom spezifischen Muster der Formen abhängt.
Schmetterlingsflügel und Vogelfedern funktionieren auf ähnliche Weise, sagte Zhu. Winzige Strukturen bedecken den Flügel eines Schmetterlings oder eine Vogelfeder, streuen das Licht auf bestimmte Weise und lassen die Farben entstehen, die die Menschen sehen. Schmetterlingsflügel lassen jedoch einen Teil des Lichts durch und erzeugen ein Schillern, sagten die Forscher. Zhu und seine Kollegen wurden spezifischer - durch die Kombination von Germanium und Polymer können sie steuern, welche Wellenlängen des Lichts von einem bestimmten Punkt reflektiert werden oder nicht, sodass sie keinen schillernden Effekt erzeugen. Dies bedeutet lebendige, einzelne Farben, wo sie sie wollen, sagten die Forscher.
Da die Farben in die Struktur der Blätter eingebaut sind, verblassen sie nicht wie Pigmente, wenn sie Licht ausgesetzt werden, heißt es in der Studie. Gewöhnliche Farben verblassen beispielsweise, wenn Sonnenlicht darauf trifft, weil das ultraviolette Licht die Chemikalien, aus denen das Pigment besteht, abbaut. Darüber hinaus können Farbe oder Tinte oxidieren oder sich lösen, wenn sie Lösungsmitteln wie Hochleistungswaschmitteln ausgesetzt werden. (Tropfen Sie einfach Wasser auf ein Tintenstrahlbild, und Sie können beobachten, wie die Tinte verdünnt wird und abläuft.) Bei alten Meisterwerken gibt es sogar ein Phänomen namens "Metallseifen", das auf der komplexen Chemie basiert, die laut Chemical & Engineering mit zunehmendem Alter der Farben auftritt Nachrichten.
Mit ihrer Technik machten Zhu und seine Kollegen kleine Bilder der Mona Lisa und ein Porträt des dänischen Physikers Niels Bohr sowie ein einfaches Foto einer Frau und einer Brücke mit einem Durchmesser von jeweils 2,5 Zentimetern.
Um diese Art von Drucker in Massenproduktion herzustellen, müssten die Forscher die Lasertechnologie verkleinern und benötigen möglicherweise ein anderes Material für die Schicht der Blätter, sagten die Forscher. Dieses Material müsste einen hohen Brechungsindex haben, was bedeutet, dass es das Licht stark biegt und Licht mit der für den Laser gewählten Wellenlänge absorbiert, fügten sie hinzu. In ihren Experimenten wählten die Wissenschaftler grünes Licht für die Wellenlänge und experimentierten mit Silizium für das Material, das laut Zhu grünes Laserlicht nicht so effizient absorbiert.
Sogar Germanium ist jedoch eine Möglichkeit, weil es nicht zu teuer ist. "Ein paar Kilogramm können ein Fußballfeld bedecken", sagte er und bemerkte, dass die Germanium- und Polymerschichten nur bis zu 50 Nanometer dick sind. Germanium ist jedoch nicht unbedingt die beste Option, da es keine guten grünen Farben erzeugt, sagte Zhu.
Die neue Studie erscheint in der Ausgabe vom 3. Mai der Zeitschrift Science Advances.
