蝴蝶的翅膀和一些鳥類的羽毛呈現(xiàn)出美麗的色澤，這來自于物體表面結(jié)構(gòu)和光線之間的相互作用。近日，京都大學(xué) Pureosity 團(tuán)隊(duì)利用這一原理，研發(fā)新型無墨彩色印刷技術(shù)，登上 《Nature》 期刊。
人類有追求藝術(shù)的天性。但自古以來，繪畫創(chuàng)作受制于相同的局限：對(duì)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(yīng)的鳥羽。這是物體表面結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)色彩（Structural Colour）”。
近日，京都大學(xué) Pureosity 團(tuán)隊(duì)研發(fā)出“組織性微纖維化（Organized Microfilbrillation, OM）”技術(shù)，即通過控制材料承受應(yīng)力時(shí)所產(chǎn)生的“裂紋（craze）”，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)色彩，并應(yīng)用于彩色印刷。這種技術(shù)的研發(fā)，將擺脫印刷對(duì)墨水顏料的依賴。相關(guān)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(guó)。
1.控制材料裂紋
研究團(tuán)隊(duì)通過控制應(yīng)力場(chǎng)從而在聚合物內(nèi)形成裂紋并進(jìn)一步控制裂紋的結(jié)構(gòu)。在光敏聚合物薄膜中引入光學(xué)“駐波”，聚合物分子會(huì)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(huì)產(chǎn)生應(yīng)力作用。將此薄膜置于相應(yīng)的溶劑中，非交聯(lián)層會(huì)在亞微米尺度產(chǎn)生細(xì)小的纖維以釋放應(yīng)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(gè)致密層會(huì)對(duì)入射光線產(chǎn)生反射，這些周期性放射光線的干涉效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)色彩。該技術(shù)被命名為“組織性微纖維化（Organized Microfibrillation, OM）”。研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，微纖維的結(jié)構(gòu)與溶劑的類型、溫度和浸潤(rùn)時(shí)間等有密切關(guān)系。
2.實(shí)現(xiàn)并調(diào)控結(jié)構(gòu)色彩
OM 技術(shù)通過光學(xué)駐波對(duì)聚合物薄膜引入應(yīng)力場(chǎng)。研究證實(shí)微孔層（纖維層）的層數(shù)會(huì)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(xué)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(zhǎng)對(duì)結(jié)構(gòu)色彩產(chǎn)生聯(lián)合控制， 從而實(shí)現(xiàn)色彩范圍覆蓋整個(gè)可見光光譜，由藍(lán)到紅。
更為可貴的是，OM 技術(shù)具備普適性。研究表明該技術(shù)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(shí)現(xiàn)了對(duì)結(jié)構(gòu)色彩的調(diào)控。
3.無墨高分辨率彩色印刷
OM 技術(shù)可以在多種柔性和透明的基底上實(shí)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(lán)本，OM 技術(shù)可以在毫米級(jí) 別清晰地打印出相應(yīng)的藝術(shù)圖案。超高分辨率是該技術(shù)的一大優(yōu)勢(shì)：研究證實(shí) OM 無墨彩印分辨率可達(dá)到每英寸 14000 點(diǎn)數(shù)。而傳統(tǒng)噴墨彩印技術(shù)，分辨率通常僅為每英寸 600 點(diǎn)數(shù)。研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，未來可以在鈔票防偽，產(chǎn)品包裝，健康保健等眾多領(lǐng)域進(jìn)一步應(yīng)用和拓展 OM 技術(shù)。
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