Создание многоцветных изображений без чернил — нетривиальная задача. Многие материалы можно заставить поменять цвет при нагревании — взять, к примеру, выжигание по дереву, но это не позволяет получать полноценную палитру. Металлы можно покрыть тонкой оксидной пленкой, которая окрасится в разные цвета, но такое покрытие не слишком устойчиво. У каждого из известных методов есть свои ограничения, в то же время технология, которая позволила бы создавать долговечный и простой в нанесении цветной рисунок, будет востребована буквально повсюду.
В новой статье, опубликованной в журнале Nature, японские исследователи предложили такую технологию. Они изменили внутреннюю структуру пластика и, соответственно, его цвет при помощи яркого источника света. Как отмечают авторы, подобный эффект хорошо знаком всем школьникам, которые от скуки сгибали и разгибали прозрачные линейки: изначально прозрачный пластик в месте сгиба становится матовым. Внутри участка, который подвергся подобным деформациям, материал уплотняется, и в нем появляются вытянутые волокнистые структуры — микроволокна.
Сначала ученые обрабатывали пластик специальным веществом, которое повышало чувствительность к свету, а затем помещали образец в виде пластмассового прямоугольника шириной в 1 миллиметр под яркие светодиоды. С их помощью на будущую миниатюрную картину проецировали изображение; свет отражался от границ прозрачного пластика, и из-за этого внутри возникали стоячие волны, в пучностях (местах, где сложение падающего и отраженного света давало максимальную амплитуду) которых образовывались микроскопические уплотнения.
После этого образец опускали в растворитель, который заставлял пластик немного распухать там, где свет его не затронул. В результате внутри получалась упорядоченная сеть из полостей и перемычек. В отличие от хаотического переплетения уплотненных участков, такая структура не просто рассеивала свет во все стороны, а пропускала и отражала излучение только с определенной длиной волны, то есть с определенным цветом.
Читайте также: Как разоблачают подделку картин. Спектрометр, рентген, микроскоп и другие друзья искусствоведа
Проведенные опыты показали, что в качестве сырья можно использовать разный пластик: исследователи успешно рисовали не только на выбранном изначально полистироле, но также на поликарбонате, полиметилакрилате (оргстекле) и полисульфоне. Эти полимеры повсеместно используют по всему миру, из них делают буквально все — от стаканчиков для йогурта до прозрачных навесов.
Новая технология позволяет создавать произвольные структуры с очень высоким разрешением — вплоть до 14 тысяч точек на дюйм. Это очень много: разрешение лучших современных дисплеев дает меньше 500 пикселей, а в полиграфии хорошей считается печать с разрешением в несколько тысяч точек на дюйм. Более высоких значений инженеры достигали только в отдельных экспериментах по печати ультраминиатюрных изображений, но авторы новой публикации считают, что основные перспективы их детища связаны вовсе не с возможностью создавать очень маленькие рисунки без пигментов.
Технология, позволяющая создавать внутри почти любого прозрачного и гибкого пластика сеть пор заданной формы, может пригодиться для изготовления материалов, которые проницаемы для жидкостей и газов, например контактных линз. Изготовив в материале сеть канальцев нужной формы, можно сделать и биологический микрочип, часть медицинского прибора для экспресс-диагностики. Авторы отмечают, что эту технологию можно применять еще и при изготовлении микроскопических элементов защиты от подделки, и при производстве голограмм.
Алексей Тимошенко