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全介质的微纳米彩色印刷术

二氧化钛作为生活中一种常见状态为白色粉末状的氧化物,具有无毒、高亮度和白度的性质,被认为是世界上性能最好的白色颜料,广泛应用于印刷、化妆品等工业领域。近日,哈尔滨工业大学肖淑敏点击查看介绍团队将二氧化钛材料进行微纳加工,人工创建了一种新型广色域、高分辨率的彩色印刷技术


印刷术是中国古代的四大发明之一,而彩色打印更是极大地丰富了人们的日常生活。结构彩色印刷采用微纳米结构产生颜色,近年来取得了广泛的关注。不同于传统的彩色印刷技术,结构彩色印刷技术不需要使用染料或者油墨,结构颜色的产生仅仅依赖光与结构的相互作用,并且在分辨率、色度、化学稳定性和环保等方面都有着巨大优势。目前结构印刷主要基于等离子体金属材料以及半导体硅材料,在可见光波段对光有着极大损耗的制约因素,由此导致其强度弱、对比度低等一系列问题,目前报道的结构印刷设计很难做到可见光范围内高效、高饱和度的彩色打印,限制了其在高质量彩色印刷中的应用。


哈尔滨工业大学团队开发的基于二氧化钛的微纳米彩色打印技术很好地弥补了上述缺憾。在过去的几年中,高质量的二氧化钛薄膜已经能够通过原子层沉积技术和电子束蒸镀技术获得,在可见光波段具有较高的折射率和几乎为零的损耗。在之前的报道中,制备二氧化钛结构通常依赖于原子层沉积和反应离子束刻蚀技术,该方案通常需要很长的制备时间,不利于应用的推广。而哈尔滨工业大学团队采用一套更简单的手段实现了二氧化钛结构的制备,通过电子束曝光和蒸镀过程成功制备出二氧化钛的周期阵列结构,通过合理设计结构的尺寸,结构单元所支持的光谱响应有效地压缩,能够在特定光谱位置实现高反射(~70%)、窄带宽(~30 nm)的响应,而在可见光波段的其他位置,该结构表现出极低的反射。此外,该结构还具有角度和偏振不敏感的特性,能够在大角度和不同偏振光照射下保持光谱响应位置几乎不变。这样的光谱响应所表现出来的颜色具有高亮度和广色域的特征。


该结构优异的光谱性能使其可以应用于高分辨率(16000 dpi)和广色域的常规彩色打印和显示。此外,该技术将在表面修饰、数字显示、分子检测、光学加密设备和稳定的光信息存储等领域具有实际意义。


这一成果近期发表在ACS Nano 上,文章的第一作者是哈尔滨工业大学的博士研究生孙上


该论文作者为:Shang Sun, Zhenxing Zhou, Chen Zhang, Yisheng Gao, Zonghui Duan, Shumin Xiao and Qinghai Song

原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

All-Dielectric Full-Color Printing with TiO2 Metasurfaces

ACS Nano, 2017, DOI: 10.1021/acsnano.7b00415


肖淑敏博士简介


肖淑敏,哈尔滨工业大学教授,博士生导师;中组部青年千人、自然科学优秀青年基金获得者、教育部新世纪优秀人才。


研究领域:主要研究基于各种微纳结构的可见光区域超材料和超表面以及超材料和超表面等在发光、显示、传感、探测等领域的应用;近年来,在NatureAdvanced MaterialsACS Nano 等国际高水平期刊上以第一作者和通讯作者发表论文100余篇,申请发明专利20余项,并在多个国际会议上做邀请报告;多篇文章的单篇引用超过200次,并被评为SCI高被引论文和热点论文;其研究成果在光学隐身和光操控上具有潜在应用,受到国内外知名杂志和学术传媒数十次转载和报道,也被业内同行在ScienceNature Photonics 等一系列高水平杂志的综述文章中高度评价。


http://www.x-mol.com/university/faculty/44760


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