17 feb. 1999
2 minuten
Geïnspireerd door kleurrijke glas-in-lood ramen hebben onderzoekers uit Singapore een innovatieve methode gedemonstreerd voor het produceren van scherpe ‘full spectrum’ kleurenbeelden met een resolutie van 100 000 dpi. Deze kunnen worden gebruikt voor kleurendisplays, anti-vervalsingstechnieken of optische datarecording met hoge dichtheid.
De onderzoekers van het A*Star Institute of Materials Research and Engineering (IMRE) werken daarvoor met metalen nanostructuren en zonder inkt of verfstoffen. Ter vergelijking: gangbare industriële inkjet- of laserprinters komen maar tot de 10 000 dpi.
Inspiratiebron voor het onderzoek is glas-in-lood, dat wordt gemaakt door het mengen van kleine metaaldeeltje met het glas. De onderzoekers ontdekten dat nanodeeltjes van dat metaal het licht door het glas verstrooien en daardoor onstaan de kleuren. Met een vergelijkbaar concept en de hulp van de nanotechnologie konden ze nauwkeurige patronen vormen van de metalen nanostructuren en daardoor het oppervlak het licht zodanig laten refelecteren dat de kleurenbeelden worden gevormd.
Nauwkeurig positioneren
"De resolutie van geprinte kleurenbeelden hangt sterk af van de grootte en de ruimte tussende individuele ‘nano-kleurendots’", zegt dr. Karthik Kumar, een van de onderzoekers. "Hoe dichter de dots bij elkaar liggen, en hoe kleiner ze zijn, hoe hoger de resolutie. Doordat we de extreem kleine kleurendots nauwkeurige kunnen positioneren, lukte het om de hoge resolutie te halen."
"In plaats van het gebruik van verschillende kleurstoffen, codeerden we kleureninformatie in de grootte en positie van minuscule metalen schijfjes. Door het fenomeen plasmon-resonantie ontstaat er dan interactie met het licht", zegt projectleider dr. Joel Yang. "We hebben een kleurendatabank gebouwd van kleuren met de bijbehorende nanostructuren, patronen, grootte en afstand. Deze nanostructuren werden dan op de juiste manier gepositioneerd, ongeveer zoals kinderen een kleurplaat met cijfertje inkleuren. Maar in plaats van het sequentieel inkleuren van elk gebieje leggen wij een ultradunne uniforme metaalfilm over het hele beeld, waardoor alle gecodeerde kleuren tegelijkertijd als bij toverslag verschijnen", zegt Joel Yang.
Simulatie
De onderzoekers van IMRE werkten samen met A*Star’s Institute of High Performance Computing (IHPC) om met behulp van computersimulatie en modelling de patronen te ontwerpen. Dr. Ravi Hegde van IHPC: "De simulaties waren van vitaal belang voor het begrijpen waarom de structuren zulke rijke kleuren opleverden. Deze kennis wordt momenteel gebruikt om het gedrag te voorspellen van complexere nanostructuur-arrays."
Bij de foto:
a) Voor het toevoegen van metaal aan de nanostructuur heeft het beeld alleen grijstonen, zoals te zien onder een optische microscoop. (b) Na het toevoegen van de metalen lagen aan de nanostructuren zijn onder dezelfde microscoop de kleuren te zien. (c) Inzoomen op het beeld toont het verfijnde kleurendetail van de nieuwe methode. Rechtsonder is met een elektronenmicroscoop te zien dat het beeld is opgebouwd uit nanostructuren.
Anderen lazen ook
