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德国马普学会科学家开发出一种通过化学反应打造动态等离子体印刷新方法

2017-02-28 265浏览 标签:

2017年224日,德国马普学会通过官网发布消息称,位于斯图加特的马普学会智能系统研究所的科学家开发出一种通过化学反应打造动态等离子体印刷新方法。

等离子体印刷比常规印刷图像的分辨率要高许多倍,其颜色形成依赖于在微小金属颗粒表面存在自由振动的电子与光子的相互作用。现在,科学家展示出了这种金属颗粒的颜色可以随着氢气的变化而发生改变。该技术有望打造超高分辨率的动态图像,或开发新型显示方式,甚至还可提供用于加密信息和防伪认证特征的新方法。

对于等离子体印刷的应用,最早可以上溯到中世纪的玻璃艺术家,他们使用金的纳米颗粒为哥特式大教堂的宏伟窗户着色,使其在光线照射下呈现红色。后来,直到20世纪中叶,这一基础物理现象才被科学界进一步挖掘,并命名为等离子体。

马普学会智能系统研究所的科学家开发了等离子体印刷。将特制的金属颗粒放置在基底上,它们的边缘长度在小于100纳米的范围内,从而达到每英寸100,000像素的分辨率。对于约100纳米的金属颗粒,等离子体的共振频率在可见光的范围内。如果白光落在这种颗粒上,它们以某种颜色出现,例如红色或蓝色。金属的颜色可以通过颗粒的尺寸以及它们彼此的距离来决定。

马普学会智能系统研究所“智能纳米光子学(Intelligent Nanoplasmonics)”研究小组进一步尝试了动态等离子体印刷。现在他们提供了一种可根据定义颜色任意改变像素的新方法。研究组负责人Laura Na Liu(刘娜)解释说:“诀窍在于我们使用镁,这可能导致可逆化学反应使其金属特性消失。镁可以吸收高达7.6%重量的氢气,从而反应生成二氢化镁。此外,用于该反应的催化剂是钯,研究人员用钯涂覆了镁。”

在金属镁到二氢化镁的连续转变中,各个像素的颜色会发生几次改变。颜色变化和它们各自的速度遵循清晰的规律,通过单个镁颗粒的尺寸和氢气供应的距离来决定。研究人员据此通过罗马智慧女神密涅瓦(也是马普学会标志图案)的镁金属等离子印刷,展示了这种动态色彩行为的效果。用氢气微压冲入后,几分钟的时间里所有的颜色发生了一些列的变化,最后都消失了。

未来,随着研究的深入,这一技术将不仅仅局限于金属镁和氢气,将有望开拓新的加密技术。例如印刷了词语“Wiesbaden”,在用氢解码后,只有“Wien”保持可见。为了使这种加密的破解更加复杂化,该研究小组目前正在进行精确调整氢浓度用于解码过程的研究。此外这种方法还有望用于打击假冒行为。例如,人们可以在钞票或药品包装上运用等离子体安全特征印刷。


图:动态等离子体印刷


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