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科学家用纳米像素实现3D彩色打印
 

  最近,新加坡研究人员用一种特殊的纳米像素开发出一种新的3D打印方法。每个纳米像素都编码了两套光色信息,在不同的偏振光下会显出不同颜色,在两种偏振光下会呈现出两幅分开的图像,让两幅图在同一视野中轻微错位,就产生了景深的感觉,成为一种3D立体图。相关论文发表在最近出版的《自然·通讯》杂志上。

  “打印像素用等离子纳米结构制作,生成的立体图可能是迄今最小的。”研究负责人、新加坡科技与研究局(A*STAR)材料研究与工程研究所的约尔·杨说,“看图时不需要戴特殊眼镜,而是通过偏振器结合光学显微镜才能看到景深和3D效果。”

  该研究的原理是表面等离子共振:金属纳米结构会以不同波长共振,所以它们会散射不同波长的光。如果纳米结构是圆的,其共振就与偏振无关,因为圆的直径所有方向都一样;如果纳米结构是二轴的(椭圆或长方形),其共振就取决于入射光的偏振态。研究人员特制了精确规格的纳米像素,就能在不同的偏振光下产生不同的颜色。

  这种偏振感应纳米像素由直径约100纳米的微铝颗粒制成。据物理学家组织网11月21日(北京时间)报道,研究人员实验了两种不同形状:椭圆和二连方块(一对方块由很小间隙隔开),都是二轴的,两个轴会在不同波长下共振,颜色由平行于偏振光方向的轴长决定。比如一个130纳米×190纳米的椭圆像素在y偏振光下显绿色,而在x偏振光下显紫色。比较这两种像素形状,他们发现椭圆形像素的偏振—决定色谱更广,而二连方块的交叉度更低,能把不想要的颜色混合减到最小。

  用这些像素能打印出高分辨率的3D彩色缩微印品。研究人员演示了一张好似两幅二维星星图轻微错位的图像,给显微镜目镜加上x和y偏振光后,就能看到两种偏振光下的不同画面,结合起来就形成了3D图。

  除了3D打印,偏振感应纳米像素还有许多其他用途,比如用于高密度光学信息编码或全息摄影。此外,3D保密元素是很难复制的,能提供不同级别的身份验证,还可用于防伪技术。

  研究人员指出,用这些像素编码超过两套信息,让每个像素生成三幅或更多图像也是可能的,比如用不对称的圆形,可以产生两种以上的偏振—共振颜色。下一步,他们打算将这种技术推向商业化


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