在自然界中，當光照射在細微處大量有序結構上，會(hui) 發生折射、漫反射、衍射或幹涉等反應，由此產(chan) 生的顏色被稱作結構色，比如昆蟲和鳥類呈現出的彩色翅膀。這一過程並未用到“顏料”。西湖大學的仇旻教授和團隊成員從(cong) 這個(ge) 現象中獲得靈感，嚐試利用超快激光在材料表麵製造微納結構以產(chan) 生結構色。

　　近日，國際期刊《自然·通訊》刊登了該團隊的研究成果。研究人員將氮化鈦和氮化鋁鈦這兩(liang) 種超硬陶瓷材料組成的複合薄膜作為(wei) 特殊“紙張”，在其表麵利用超快激光進行微納加工，實現“飛秒激光無墨彩印”，為(wei) 激光無油墨彩色打印技術的產(chan) 業(ye) 化應用提供了新思路。

　　全球範圍內(nei) ，打印機的年銷售量可達上億(yi) 台。目前廣泛使用的噴墨或激光彩色打印機需要大量使用墨水或碳粉，墨水中含有一定濃度的鉛、鎘、汞、多溴聯苯等具有揮發性的有害物質，碳粉也會(hui) 釋放出可被人體(ti) 吸收的微顆粒，對環境與(yu) 人體(ti) 形成危害。相比墨水顏料，結構色具有不褪色、高分辨、環保等優(you) 點。

　　在超快激光打印技術中，激光既是“筆”，也負責製作有特殊結構的陶瓷材料。“比如各類傳(chuan) 統的防偽(wei) 碼紙麵，應用激光誘導紙麵微觀組織光柵可產(chan) 生彩虹色，在防偽(wei) 方麵有一定的應用價(jia) 值，但不能產(chan) 生指定顏色的圖案。”研究人員介紹，這類技術也被用於(yu) 紀念幣的打印，但存在打印色域較窄、隻能在貴金屬表麵產(chan) 生、成品容易褪色等情況。

　　科技日報記者了解到，此次技術突破的核心首先在於(yu) ，團隊發明了一種新穎的“紙”——厚度不過約110納米、僅(jin) 為(wei) 頭發絲(si) 千分之一的複合陶瓷薄膜。

　　這種“紙”分為(wei) 3層：最底層是呈金屬性的氮化鈦，作為(wei) 光的反射層，用於(yu) 阻擋光線穿透並增加亮度；中間層是高損耗的氮化鋁鈦電介質，可調控對自然光的吸收；最頂層是氧化鋁，當超快激光作用於(yu) 氮化鋁鈦表麵，會(hui) 額外形成一層以氧化鋁為(wei) 主的透明薄膜，它和氮化鋁鈦一起，調控吸收到的自然光。

　　同時，該團隊用激光在陶瓷薄膜上進行“雕刻”：將激光投在薄膜上後，通過控製入射激光的能量或掃描速度，便可同時改變氧化膜（氧化鋁）和氮化鋁鈦膜的厚度；在厚度改變後，入射的自然光將通過3層膜結構之間的複雜幹涉效應，形成特定的反射顏色，豐(feng) 富多彩的顏色就此成型。

　　研究人員利用多種技術手段，如能量色散X射線、X射線光電子能譜、X射線衍射、聚焦離子束刻蝕，對激光著色的區域進行材料分析，證實觀察到的色彩的確來自激光誘導形成的氧化層。

　　目前，仇旻團隊發明的“飛秒激光無墨彩印”技術，可同時實現高速度和高分辨的全彩色無油墨打印，能夠呈現出接近90%的RGB標準顏色係統，優(you) 於(yu) 當前主流的激光著色技術。