Сделать объект цветным можно с помощью разных физических принципов. Светодиоды в экранах излучают на определенной длине волны, пигменты отражают нужный диапазон световых волн. А вот структурная окраска использует преломление и интерференцию — аккуратно расположенные нано- и микрообъекты могут манипулировать светом.
Со структурными цветами есть проблема: их нужно именно создавать, аккуратно выстраивать микроскопические объекты в необходимом порядке. Но группа японских ученых придумала способ печатать структурными цветами на специальном принтере. Основа их технологии — краска с кремниевыми сферами. Научная работа опубликована в журнале Advanced Materials.
Краска для принтера состоит из кремниевых сфер размером от 100 до 200 нанометров. Сферы отражают разный цвет, он зависит от размера кристалла. Краска на их основе легкая, нетоксичная, производится из возобновляемых источников и не выцветает.
При высыхании растворителя наносферы стремились слипаться, что ухудшало цветовые характеристики краски. Ученые решили эту проблему, покрыв кремниевые сферы оболочкой из диоксида кремния. Это вещество, в том числе используемое в пищевой промышленности как антислеживающий агент, стало прозрачным буфером между кремнием и окружающей средой.
Физики проверили свою систему экспериментально. Они распечатали изображения на пластмассе и металле с разрешением от 250 до 125 точек на дюйм.
Распечатанные на ПЭТ-пленке изображения выглядят по-разному при прохождении света сквозь них и при освещении сверху. Это связано с тем, как кремниевые наносферы взаимодействуют со светом в процессе, называемом «рассеянием Ми», добиться того же с помощью пигментных чернил невозможно. При нанесении на монитор такие изображения будут практически невидимы, когда дисплей включен, но четко видны, когда он выключен.
Ученые считают, что структурные чернила будут полезны для отображения информации с нулевым энергопотреблением. Другое возможное применение — технологии защиты от подделок.