Nέα διάσταση στα... ψιλά γράμματα δίνουν αμερικανοί επιστήμονες, αναπτύσσοντας μια επαναστατική τεχνική έγχρωμης εκτύπωσης άνευ μελάνης, με τη βοήθεια νανοϋλικών. Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου Επιστήμης και Τεχνολογίας του Μιζούρι δημιούργησαν μια μέθοδο επιτυχούς εκτύπωσης ακριβείας έγχρωμων εικόνων υψηλής ανάλυσης σε νανοκλίμακα, η οποία δεν απαιτεί μελάνι και είναι ορατή μόνο με τη βοήθεια ενός ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης...
Στο πλαίσιο της δοκιμής τους οι επιστήμονες προσπάθησαν να δημιουργήσουν το λογότυπο του πανεπιστημίου σε λιλιπούτειο μέγεθος - και τα κατάφεραν! Οπως εξήγησαν με δημοσίευσή τους στο επιστημονικό έντυπο «Scientific Reports» για την εν λόγω τεχνική χρησιμοποίησαν υπέρλεπτα «σάντουιτς» μεταλλικών, διηλεκτρικών υλικών - γνωστά και ως μεταϋλικά - ικανά να αλληλεπιδρούν με το φως με τρόπους που δεν αλληλεπιδρούν άλλα φυσικά υλικά.
«Σάντουιτς» στη νανοκλίμακα
Πειραματιζόμενοι με το παιχνίδισμα λευκού φωτός στις δομές-«σάντουιτς» ή στις πλασμονικές διατάξεις, αναφέρουν, κατέληξαν σε «μια απλή αλλά αποδοτική πλατφόρμα δομικής, έγχρωμης εκτύπωσης» σε νανοκλίμακα. Οι ίδιοι εκτιμούν ότι η συγκεκριμένη διαδικασία είναι πολλά υποσχόμενη, καθώς θα μπορούσε να οδηγήσει μελλοντικά στη δημιουργία λιλιπούτειων οπτικών τεχνών, στην ανάπτυξη νέων τρόπων σήμανσης ασφαλείας ή ακόμη στην καινοτόμο αποθήκευση πληροφοριών.
«Η καινοτομία μας βασίζεται στην εκτύπωση χρώματος υψηλής λάμψης και υψηλού κορεσμού σε νανοκλίμακα, και μάλιστα χωρίς την ανάγκη μελάνης» λέει στο «Βήμα» ο επικεφαλής της μελέτης, επίκουρος καθηγητής στο Τμήμα Μηχανικής και Αεροναυπηγικής του αμερικανικού πανεπιστημίου, δρ Σιαοντόνγκ Γιανγκ. «Χρησιμοποιώντας "σάντουιτς" από υπέρλεπτες στρώσεις από άργυρο και γυαλί - υλικά τα οποία χρησιμοποιούνται για την κατασκευή κατόπτρων - δημιουργήσαμε μεταϋλικά. Στη συνέχεια, κάνοντας τρύπες διαφορετικής διαμέτρου και σε διαφορετικά σημεία στο ανώτερο στρώμα από άργυρο, είδαμε ότι μπορούμε να επιτύχουμε την ανάκλαση διαφορετικών χρωμάτων» μας διευκρινίζει ο ειδικός.
«Για την αναπαραγωγή της πολύχρωμης αναπαράστασης μέσω μιας "παλέτας" χρωμάτων σε νανοκλίμακα, αντικαταστήσαμε τις διαφορετικές περιοχές της πραγματικής εικόνας με διαφορετικές νανοδομές, οι οποίες έφεραν τρυπίτσες συγκεκριμένου μεγέθους προκειμένου να επιτύχουμε συγκεκριμένες αποχρώσεις» προσθέτει.
Κέντημα χρώματος
Ζητήσαμε από τον δρα Γιανγκ να μας πει πώς ακριβώς πραγματοποιείται η διαδικασία της «δομο-εκτύπωσης» και εκείνος μας εξήγησε τα διάφορα στάδια: «Αρχικά τοποθετούμε την τριπλή επικάλυψη από 100 νανόμετρα αργύρου, 45 νανόμετρα γυαλιού και 25 νανόμετρα αργύρου επάνω σε μια επίπεδη επιφάνεια από οποιοδήποτε υλικό. Στο πρώτο στρώμα αργύρου στην κορυφή ανοίγουμε μικροσκοπικές τρύπες διαμέτρου περίπου 100 νανομέτρων, με τη βοήθεια της τεχνικής εστιασμένης δέσμης ιόντων. Το διαφορετικό μέγεθος ως προς τη διάμετρο της τρύπας αντιστοιχεί σε διαφορετικά ορατά χρώματα. Μετά το τρύπημα, η τελική εικόνα γίνεται ορατή κάτω από το μικροσκόπιο».
Αντίθετα με τη συμβατική διαδικασία εκτύπωσης, κατά την οποία χρησιμοποιείται μια μείξη έγχρωμων μελανιών για τη δημιουργία του επιθυμητού χρωματικού τόνου κάθε φορά, η καινοτόμος τεχνική δεν χρησιμοποιεί ρευστά χρώματα αλλά περνάει σε ένα φουτουριστικό διαθλαστικό επίπεδο. «Προσαρμόζοντας κατάλληλα το μέγεθος της τρύπας στην άνω επίστρωση, το ορατό φως στην επιθυμητή συχνότητα εκπέμπεται πάνω στο υλικό με 100% απορροφητικότητα. Κάτι τέτοιο έχει ως αποτέλεσμα την ανάκλαση του φωτός σε άλλη συχνότητα, γεγονός που σημαίνει ότι παίζοντας με το μέγεθος των μικροσκοπικών τρυπών μπορούμε να επιτύχουμε διαφορετικά χρώματα» αναφέρει ο δρ Γιανγκ.
Η εκτύπωση επάνω σε ειδικό θερμοχρωμικό χαρτί πάλι, διαχωρίζει ο ειδικός, βασίζεται στη θερμοευαισθησία της ειδικής μελάνης που κρύβεται στο εσωτερικό του. Η θερμοκρασία στην οποία εκτίθεται κάθε φορά οδηγεί στην αλλαγή των μοριακών δομών της και έχει ως αποτέλεσμα την αλλαγή των χρωμάτων.
«Ασημένια» αντανάκλαση
Το γυαλί και ο άργυρος βοήθησαν τους ερευνητές να επιτύχουν το καλύτερο δυνατό αποτέλεσμα. «Χάρη στη χαμηλή απώλεια και την υψηλή ανακλαστικότητα του αργύρου καταφέραμε να δημιουργήσουμε τις πιο λαμπερές έγχρωμες εικόνες. Θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε άλλα μέταλλα, όπως π.χ. χρυσό ή αλουμίνιο, ωστόσο η απόδοση των χρωμάτων ενδέχεται να είναι χειρότερη εξαιτίας της υψηλής απώλειας των συγκεκριμένων υλικών» μας λέει ο δρ Γιανγκ.
Για την ώρα, τα χρώματα που μπορούν να αναπαραγάγουν οι ειδικοί μέσω της συγκεκριμένης τεχνικής είναι το μπλε, το πράσινο και το κόκκινο.
«Μελλοντικός μας στόχος είναι να αυξήσουμε το μέγεθος της εκτυπωμένης περιοχής με τη βοήθεια της εν λόγω μεθόδου».
Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η τεχνολογία αυτή θα μπορούσε να βρει εφαρμογές - μεταξύ άλλων - στον τομέα των οπτικών τεχνών σε νανοκλίμακα, στον τραπεζικό τομέα και συγκεκριμένα για την ασφάλεια των πιστωτικών καρτών και στον τομέα της πληροφορικής, για την αποθήκευση δεδομένων.
«Εκτιμούμε ότι εκτυπωτές χωρίς μελάνι θα μπορούσαν να κάνουν την εμφάνισή τους μέσα στα επόμενα χρόνια, οι οποίοι αντί να τυπώνουν με τη βοήθεια έγχρωμων μελανιών, θα τυπώνουν με τη βοήθεια... νανοδομών» καταλήγει ο δρ Γιανγκ.
www.tovima.gr
