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银墨水“纳米”喷印技术，创造多彩世界
随着纳米技术的进步，研究者们使用功能性材料代替了传统墨水，制备出诸如纳米银墨水、ITO墨水、氧化镍墨水、氧化锆墨水等等功能性墨水，并应用于半导体器件、电路结构等电子产品的喷墨打印技术中。这种制备过程快捷灵活，尤其适合生产柔性器件，也激发出喷墨打印技术新的活力。甚至有研究者将纳米银墨水灌入笔芯，可以直接写出导电图案。
图片来源：Adv. Mater.
然而，喷墨印刷的研究多集中在墨水和印制器件的功能化上，印制图案多为无色或单一颜色。相比于较传统喷墨，可以通过彩色的油墨和颜料来实现彩印，纳米材料制备的特殊墨水怎么实现彩色印刷呢？
近日，加拿大西蒙弗雷泽大学的Hao Jiang（一作&通讯）在ACS Nano 杂志上发表文章，通过MIONS（molded ink on nanostructured surfaces）法，使用银墨水在纳米结构聚合物基底表面上可以打印出五彩斑斓的颜色（ACS Nano, 2016, 10, 10544）。该技术具有很多优势，首先，可以实现大规模全彩色图像的快速打印；其次，分辨率高，可以满足人眼的感知能力；同时，印制图案足够稳定可以在日常生活中使用；并且，基板易于复制，材料价格低廉。
打印过程总共分三步。第一步，准备好透明的带有纳米树突结构的聚合物基板；第二步，使用银纳米粒子（≤50 nm）墨滴，打印到选定区域；第三步，使用一层透明的薄膜覆盖整个区域，保证未打印的部分颜色透明。
彩色打印过程。图片来源：ACS Nano
由于聚合物基板是透明的，而银墨水打印的部分是不透明的，在界面处会发生折射现象，呈现不同的颜色。因此图案的颜色是由聚合物的几何形状和结构决定的，微小的差异就可以导致颜色的不同。根据红绿蓝三原色的波长分别为640 nm、540 nm和445 nm，可以计算出聚合物表面纳米树突的平均高度分别为750 nm、730 nm和560 nm。有了三原色，就可以打印全彩色的图案啦，而且亮度也可以通过沉积多少纳米粒子来调节。由于颜色来自于表面的纳米结构，因此该方法会比颜料更加耐用，更能够防止褪色的困扰。
彩色打印原理。图片来源：ACS Nano
下面来看看效果图吧，研究者通过该方法打印了西蒙弗雷泽大学的校徽，一个2 cm × 1.5 cm的图案，颜色区分度非常高，有效像素点可以达到210 μm × 210 μm。
彩色打印效果。图片来源：ACS Nano
该方法还可以应用于纸币或护照等文件上的防伪标识的制作中。当改变照明和观察角度是，图案的颜色会发生变化，是不是很像各国货币上的防伪标记呢？
不同照明和观察角度，图案颜色会发生变化。图片来源：ACS Nano
与其他技术相比，“喷墨打印是最简单方法，因为打印速度、成本、分辨率和其他属性比如亮度等，我们都可以控制。”Hao Jiang说。
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此阅读原文）：
Molding Inkjetted Silver on Nanostructured Surfaces for High-Throughput Structural Color Printing
ACS Nano, 2016, 10, 10544-10554, DOI: 10.1021/acsnano.6b06531
部分内容编译自：
http://cen.acs.org/articles/95/web/2017/01/Printing-silver-ink-creates-spectrum.html
（本文由小希供稿）