Una resa colorata in nanoscala di un'immagine di prova standard utilizzata negli esperimenti di elaborazione delle immagini - (a) Prima dell'aggiunta di metallo nelle nanostrutture, l'immagine ha solo toni in scala di grigi osservati al microscopio ottico. (b) I colori vengono osservati utilizzando lo stesso microscopio ottico dopo l'aggiunta degli strati metallici alle nanostrutture e in modelli specifici. (c) Ingrandire l'immagine con la stessa impostazione, si osserva il riflesso speculare all'angolo dell'occhio mostrando il raffinato dettaglio di colore che il nuovo metodo è in grado di ottenere. La regione indicata (in basso a destra) è costituita da nanostrutture osservate al microscopio elettronico. Credito:Agenzia per la scienza, Tecnologia e Ricerca (A*STAR)
Ispirato alle vetrate colorate, ricercatori di Singapore hanno dimostrato un metodo innovativo per produrre taglienti, immagini a colori a spettro completo a 100, 000 dpi che può essere applicabile in display a colori riflettenti, anticontraffazione, e registrazione ottica dei dati ad alta densità.
I ricercatori dell'Istituto di ricerca e ingegneria dei materiali (IMRE) di A*STAR hanno sviluppato un metodo innovativo per creare immagini nitide, immagini a colori a spettro completo a 100, 000 punti per pollice (dpi), utilizzando strutture metalliche di dimensioni nanometriche, senza bisogno di inchiostri o coloranti. In confronto, le attuali stampanti industriali come le stampanti a getto d'inchiostro e laser possono raggiungere solo fino a 10, 000 dpi mentre i metodi di ricerca sono in grado di dispensare coloranti solo per immagini a colori singoli. Questa nuova svolta consente di trattare la colorazione non come materia da inchiostrazione ma come materia litografica, che può potenzialmente rivoluzionare il modo in cui le immagini vengono stampate ed essere ulteriormente sviluppato per l'uso in display a colori riflettenti ad alta risoluzione e per l'archiviazione di dati ottici ad alta densità.
L'ispirazione per la ricerca è derivata dalle vetrate, che è tradizionalmente realizzato mescolando piccoli frammenti di metallo nel vetro. È stato scoperto che le nanoparticelle di questi frammenti metallici diffondono la luce che passa attraverso il vetro per conferire al vetro colorato i suoi colori. Utilizzando un concetto simile con l'aiuto di moderni strumenti di nanotecnologia, i ricercatori hanno modellato con precisione nanostrutture metalliche, e progettato la superficie per riflettere la luce per ottenere le immagini a colori.
"La risoluzione delle immagini a colori stampate dipende molto dalle dimensioni e dalla spaziatura tra i singoli 'nanodotti' di colore", ha spiegato il dottor Karthik Kumar, uno dei principali ricercatori coinvolti. "Più i punti sono vicini e a causa delle loro piccole dimensioni, maggiore è la risoluzione dell'immagine. Con la capacità di posizionare con precisione questi punti di colore estremamente piccoli, siamo stati in grado di dimostrare la più alta risoluzione teorica del colore di stampa di 100, 000 dpi."
“Invece di usare coloranti diversi per colori diversi, abbiamo codificato le informazioni sui colori nelle dimensioni e nella posizione di minuscoli dischi di metallo. Questi dischi hanno poi interagito con la luce attraverso il fenomeno delle risonanze plasmoniche, "ha detto il dottor Joel Yang, capofila della ricerca. “Il team ha creato un database di colori che corrispondeva a uno specifico modello di nanostruttura, dimensione e spaziatura. Queste nanostrutture sono state quindi posizionate di conseguenza. Simile all'immagine "colora con i numeri" di un bambino, le dimensioni e le posizioni di queste nanostrutture hanno definito i "numeri". Ma invece di colorare in sequenza ogni area con un inchiostro diverso, una pellicola metallica ultrasottile e uniforme è stata depositata su tutta l'immagine facendo apparire i colori "codificati" tutti in una volta, quasi come per magia!” ha aggiunto il dottor Joel Yang.
I ricercatori dell'IMRE avevano anche collaborato con l'Institute of High Performance Computing (IHPC) di A*STAR per progettare il modello utilizzando la simulazione e la modellazione al computer. Il dottor Ravi Hegde di IHPC ha affermato:“Le simulazioni al computer sono state fondamentali per comprendere come le strutture abbiano dato origine a colori così ricchi. Questa conoscenza viene attualmente utilizzata per prevedere il comportamento di array di nanostrutture più complicati”.
I ricercatori stanno attualmente lavorando con Exploit Technologies Pte Ltd (ETPL), Il braccio di trasferimento tecnologico di A*STAR, per coinvolgere potenziali collaboratori ed esplorare la concessione di licenze per la tecnologia. La ricerca è stata pubblicata online il 12 agosto 2012 in Nanotecnologia della natura , una delle migliori riviste scientifiche per la scienza dei materiali e le nanotecnologie.
