Skrzydła motyla i pawie pióra – to przykłady koloru strukturalnego znane z przyrody. Obserwator postrzega ich barwę dzięki temu, że światło rozpraszane jest przez mikroskopijne struktury znajdujące się na powierzchni tych „obiektów”, a nie z powodu obecności pigmentu.

W przypadku koloru plazmonicznego barwa wynika z właściwości metalicznych nanostruktur, wykorzystywanych już w średniowiecznych witrażach ze względu na ich niezwykłą zdolność do wytwarzania żywych kolorów. Odbierana przez ludzkie oko barwa zależy od składu nanostruktury, morfologii, geometrii, a także położenia źródła światła.

Metoda pozwalająca na drukowanie kolorów plazmonicznych o wysokiej rozdzielczości została opracowana i opatentowana przez międzynarodowy zespół badawczy z udziałem naukowców z Wojskowej Akademii Technicznej i jest wciąż doskonalona – informuje na swojej stronie uczelnia.

KOLOR ZMIENIA SIĘ WRAZ Z MOCĄ LASERA

„Druk plazmoniczny można porównać do rysowania na kartce, której kolor zmienia się w miejscach kontaktu z flamastrem. Tylko w naszym rozwiązaniu zamiast papieru mamy podłoże z naniesionymi cienkimi warstwami (metal-dielektryk-metal), a rolę flamastra pełnią impulsy lasera femtosekundowego, które modyfikują lokalnie strukturę górnej warstwy metalicznej, co w konsekwencji powoduje zmianę koloru. Kontrolując parametry laserowej modyfikacji, na przykład gęstość mocy lasera, uzyskujemy różne kolory. Możemy to porównać do rysowania flamastrami o różnych kolorach” – wyjaśnia dr inż. Piotr Nyga z Instytutu Optoelektroniki WAT cytowany na stronie uczelni.

Nową technikę kontroli takiego koloru na bazie modyfikacji laserowej cienkich warstw glinu naukowiec opracował wspólnie z Michałem Nowakiem oraz zespołem z Instytutu Optoelektroniki i Instytutu Fizyki WAT, Instytutu Chemii Fizycznej PAN i Instytutu Fizyki PAN.

Laser femtosekundowy pozwala tak zaprojektować modyfikację, żeby struktury wykazywały różne kolory w zależności od polaryzacji światła i kąta jego padania. Glin zaś jest tańszą alternatywą dla stosowanego wcześniej w tym celu złota lub srebra. Naukowcy znaleźli zatem sposób, aby kontrolować kolor w danym miejscu bez potrzeby używania skomplikowanych i drogich technik.

UKRYTA INFORMACJA I EKO-ALTERNATYWA DLA BARWNIKÓW

Zdaniem dr. Nygi w przyszłości pozwoli to na masową produkcję podłoży oraz laserowy druk spersonalizowanych wzorów lub obrazków, które będą zawierały ukrytą informację. Zaletą druku plazmonicznego jest bowiem jego wysoka rozdzielczość. Umożliwia ona zmianę ekstremalnie małych obszarów, tak małych jak średnica wiązki lasera. Technika ta może zostać wykorzystana do druku elementów zabezpieczających w dokumentach i na banknotach oraz biżuterii zdobionej „na życzenie”.

Naukowiec zaznacza, że kolor plazmoniczny stanowi doskonałą, przyjazną dla środowiska alternatywę dla tradycyjnych barwników. Nowa metoda pozwala uzyskiwać stabilne kolory bez wykorzystania blaknących z czasem barwników i toksycznych pigmentów, które są potencjalnie niebezpieczne dla środowiska i człowieka.

Prace nad laserowym drukiem koloru plazmonicznego dr inż. Nyga rozpoczął w 2018 r. w grupie prof. Vladimira Shalaeva w Uniwersytecie Purdue, gdzie przebywał dzięki stypendium Fulbrighta. Stała współpraca tej grupy z Instytutem Optoelektroniki WAT zaowocowała licznymi publikacjami z udziałem innych polskich i zagranicznych uczelni i instytutów. W 2023 roku badaczom przyznano patent chroniący opisaną już w 2019 r. nowatorską metodę druku.

„Opracowaliśmy skalowalny, tani, nieblaknący plazmoniczny druk kolorowy. Wierzymy, że prezentowane przez nas osiągnięcia mają duży potencjał komercyjny” – podsumowuje dr inż. Piotr Nyga.

Artykuły prezentujące laserowy druk plazmoniczny na strukturach opartych o srebro i glin można znaleźć m.in. w Advanced Optical Materials oraz w Coatings.(PAP)

Nauka w Polsce

kol/ bar/