あなたは色あせた孔雀を見たことはありません。 明るい虹色の緑と青の羽毛は、太陽の下で漂白したり、経時的に変色したりしません。 それは、色がすべて顔料ではなく構造に由来するためです。 羽自体は茶色であり、光の波長が互いに干渉し、見える色を作り出すのは羽の小さな形です。
この現象は何百年も研究されてきましたが、ここ10年ほどで、科学者はこのタイプの色付けを人工構造に作り始めました。これは、今日のScience Advancesで発表された論文で実証されています。 Xiaolong Zhuとデンマーク工科大学のチームは、レーザーを使用して、特定の色の波長を反射するゲルマニウムからナノ構造を構築し、耐久性のあるカラー画像を構築する方法を開発しました。
「最も重要なことは、ゲルマニウム材料の非常に薄いフィルムで多くの色の高解像度レーザー印刷を行うことです」とZhu氏は言います。
彼はそれをレーザー印刷と呼んでいますが、構造色の基本は、通常のレーザープリンターとして考えているものではなく、表面にある微細な列の配列を特徴としています。 これらの列のサイズと形状は可視光の波長に対応しており、特定の波長のみがトラフから逃れることができます。 人工材料の中で、その基板は金属または半導体です。 この場合、朱と彼のチームは、ゲルマニウムをプラスチックの柱の上に置き、金属が混入していない半導体の構造を最初に構築しました。
これにより、特定の利点が得られました。適切な周波数に調整された高出力レーザーは、ゲルマニウムを選択的に溶かすことができます。 開始点は、ゲルマニウムの薄膜で、薄くて柔軟なプラスチックの表面に伸びており、微細な円柱が上に伸びています。 研究者がレーザーで円柱を打つと、研究者は円から球体に溶け、材料の色が赤から青に変わります。 柱の幅はわずか100ナノメートルなので、このプロセスは最大100, 000 dpi以上を提供できます。これは、従来のレーザープリンターで理論的に可能な最大解像度に近いものです。
さらに良いのは、融解の度合いも制御可能であることを意味します。つまり、半球体または部分球体は、両極端の間の視覚スペクトルのどこにでも色を表示できます。
「彼らがここで本当に解決しているのは、構造色の特定のアプリケーションで解決しなければならない重要な工学的問題です。それは、パターンをそこに異なる構造色として異なる構造色として書き込むことができるシステムを作る方法ですハーバード大学の物理学教授Vinothan Manoharanは、ナノ粒子の自己組織化に基づいて構造色を作成するさまざまな方法を研究している研究室の研究者が語っています。
これらのような印刷可能な構造着色は、耐久性のために望ましい。 孔雀のように、彼らは色あせたり、漂白しません。
「それは長い間消えません」と朱は言います。 「それがこの種の技術の利点です。 特に屋外で使用する場合、顔料のインクは時間の経過とともに色あせます。」
モナリザのこの画像では、レーザーで1インチあたり127, 000ドットを印刷しました。 （デンマーク工科大学） この方法では、半導体をトッピングした材料（特に安価ではありませんが、ゲルマニウムをより簡単に入手できるシリコンに置き換えています）が必要ですが、Zhuは半導体層が非常に薄い（35ナノメートル）ため、印刷できると述べています多くのアプリケーションで実行可能になります。 彼は最初にセキュリティと情報の保存に言及しています。なぜなら、色でコーディングすることで可能になる高解像度と高情報密度は、これらに役立つからです。
DVDにはセキュリティパターンが付いているかもしれない、と彼は言う。 または、円形の列が正方形のボックスに置き換えられた場合、光は特定の方法で偏光します。 情報は保存できますが、正しく偏光された光の下でのみ取得できます。 これにより、通貨の偽造防止のために透かしや「インク」が使用される可能性があります。
ただし、すぐに棚に物を置かないでください。 朱と彼のチームは、依然としてトリッキーだが重要な問題を解決しようとしています：緑色の光を生成する方法。 緑はスペクトルの真ん中にあります。つまり、青と赤の両方の光を吸収する構造を開発する必要があります。 現在、彼らはそれを実現するために、より複雑なナノ構造を開発しています、とZhuは言います。
「彼らは、達成したかったアプリケーションを達成するために、他のいくつかの問題を解決する必要があります」とマノハランは言います。 「現在、これは大きな分野です。 このスペースには多くの仕事があります。 構造色にはさまざまな用途があります。これが、非常に多くの異なる手法がある理由の一種です。 このアプリケーションでは、個人的な意見として、セキュリティインクに非常に適していると考えています。」
