Принцип цветной печати заключается в нанесении на поверхность огромного количества чернильных точек. Ранее специалисты по материаловедению описывают применения наноструктур металла для получения полноцветных изображений с разрешением в 100000 точек на дюйм – это разрешение в 100 раз выше разрешения, характерного для обычного струйного принтера. В новой работе исследователи расширили палитру для цветной печати, применив крошечные покрытые алюминием наностержни.

Руководитель исследования, Джоэль Янг (Joel K. W. Yang) отмечает, что новая технология печати позволяет получать изображение, которое не выцветает со временем, причем для получения такого изображения не требуется применение красителей или пигментов.

По его словам,

такой способ получения изображений может оказаться полезным для того, чтобы нанести на денежные знаки или товары защитные антифальсификационные метки, или же для создания изменяющих цвет индикаторов для биосенсоров.

Рис. 1. Материаловеды получили микроскопическую репродукцию картины Моне «Рассвет» (слева), используя рисунок из наноструктур, модифицированных алюминием (справа). (Рисунок из Nano Lett. 2014, DOI: 10.1021/nl501460×).

Обычная цветная печать основан на нанесении точек светло-голубого, желтого, пурпурного и черного цветов взятых в различных соотношениях, соотношение этих базовых цветов позволяет получать все цвета радуги. В новой цветовой схеме каждый пиксель представляет собой четыре наностержня, на верхушке которых находятся металлические диски.

Наноразмерные диски действуют как своеобразные резонаторы – электроны на поверхности металла осциллируют при определённой частоте, которая зависит от размера наноструктуры, в результате чего наноструктурный объект отражает свет лишь с определенной длиной волны, соответствующей параметрам колебаний электронов.

Таким образом изменение размера и формы металлических наноструктур позволяет получать различные цвета.

Янг с коллегами ранее использовали этот эффект – плазмонный резонанс для печати цветных изображений, о чем сообщалось в 2012 году. Для этого с помощью литографии электронным пучком они получали на кремниевой подложке стержни из силсеквиоксана высотой 95 нм. На верхушке каждого такого стержня размещалась «шапочка» из золота или серебра толщиной 20 нм.

Таким образом,

варьируя расстояние между четырьмя наностержнями, исследователям удалось получить 15 пикселей различного цвета. В новой работе, варьирование расстояния между наностержнями и диаметр «нашлепок», венчающих эти стержни, исследователям удалось получить полную палитру цветов, а также, для удешевления системы они заменили золотые и серебряные диски на алюминиевые.

Исследователи получили наностержни с «шапочками» из алюминия, диаметр которых изменялся от 80 до 220 нм. Первоначально они получили палитру, содержащую 15 цветов, в которой каждый пиксель состоял из наностержней одинакового диаметра, расположенных таким образом, что каждый наностержень находится на расстоянии 400 нм от соседей. Затем, смешивая наностержни различной толщины в рамках одного пикселя, они получили еще 100 цветов.

В конечном итоге, исследователи смогли получить еще 200 цветов, размещая наноструктуры одинаковой толщины на различном расстоянии друг от друга, в итоге получив палитру, состоящую более, чем из 300 цветов, с помощью которой, например, им удалось составить нанорепродукцию картины Моне.

В отличие от применявшихся ранее наносистем из серебра, окислявшихся и разрушавшихся за неделю, пиксели из алюминия сохраняют устойчивость и целостность в течение семи месяцев. Правда, по словам Янга, алюминиевые наноструктуры дают менее яркую окраску, чем серебряные.