Los investigadores usan láseres ultrarrápidos para pintar colores estructurales con nanopinturas

Los investigadores usan láseres ultrarrápidos para pintar colores estructurales con nanopinturas


En un papel impreso en Interfaces y materiales aplicados de ACSpresentó una técnica para convertir patrones de contorno en marcos reticulares submicrónicos bien definidos con colores estructurales excepcionalmente brillantes, utilizando un enfoque de nanopintura para generar patrones macro.​​​​​​​

Los investigadores usan láseres ultrarrápidos para pintar colores estructurales con nanopinturas​​​​​​

​​​​​​Estudio: patrones macro estructurales de colores vivos generados por nanopintura flexible mediante láseres ultrarrápidos. Fuente de la imagen: donatas1205/Shutterstock.com

Colores Estructurales

Desde el descubrimiento del primer tinte sintético producido comercialmente, los colores y tintes químicos han enriquecido los tonos del mundo.

Sin embargo, preocupaciones como la contaminación y la complejidad han dificultado su uso. Los colores estructurales de base física resultantes de las interacciones de la luz con patrones submicrométricos organizados espacialmente se pueden ver en muchas biomoléculas naturales.

Las tecnologías para producir colores estructurales artificiales se han investigado extensamente durante los últimos siglos, y los colores estructurales exhiben diferentes cualidades. Los colores estructurales se están convirtiendo en una opción popular en un espectro de aplicaciones.

Diversas técnicas de fabricación.

Se ha demostrado que los colores estructurales se pueden aplicar mediante una variedad de procesos de producción, como el autoensamblaje. El autoensamblaje ascendente es un método económico para producir colores estructurales a gran escala. Aún así, este enfoque solo se puede usar en un patrón repetitivo sobre la capa superficial, lo que plantea un problema para diseños variables y diseños compuestos.

Otro enfoque es la nanoimpresión. Aunque la nanoimpresión es un enfoque muy productivo y de alta resolución, es difícil hacer de este enfoque un método ampliamente utilizado debido a las limitaciones de la impresión en materiales compuestos elásticos. En su lugar, se puede destruir durante el proceso de transferencia.

Si bien la litografía por láser de iones o electrones concentrados permite la construcción de diseños complejos con alta precisión, las limitaciones de las técnicas complicadas y los costos elevados generalmente limitan la fabricación a una escala muy limitada, lo que requiere una inspección del color intrínseco con un microscopio.

ventajas de las tecnicas modernas

La investigación actual sobre la producción de láser ultrarrápido tiene claras ventajas en la generación de color estructural, demostrando una técnica versátil, de un solo paso, sin contacto y una notable adaptabilidad a una amplia gama de materiales.

El método de escritura láser directo es un enfoque de producción popular que produce nanopartículas de alta resolución adecuadas para aplicaciones de integración.

Aunque un foco estrecho del rayo láser puede actuar como un «lápiz» para permitir la producción a micro o nanoescala personalizable y sin máscara, el proceso punto por punto aún lo limita, especialmente en términos de eficiencia del trabajo. Muchos investigadores académicos han utilizado el modulador de luz espacial (SLM) para una producción láser ultrarrápida más eficiente.

Sin embargo, durante dicho procesamiento láser asistido por modulador de luz espacial, el punto del rayo láser a menudo se concentraba de manera estrecha, lo que limitaba su capacidad de mejora.

Este estudio propuso una técnica única para la construcción dinámica de macropatrones con colores estructurales vivos a altas velocidades mediante el uso de nanopintura computacional flexible de colores estructurales con láseres ultrarrápidos en material de óxido de grafeno (GO).

Se eligió el óxido de grafeno por sus buenas propiedades físicas y químicas en el aire ambiente, lo que permite la durabilidad a largo plazo del color estructural del diseño FPS. Por otro lado, el recubrimiento inherentemente delgado del material de óxido de grafeno ofrece excelentes cualidades para la transferencia a otros sustratos.

Resultados de la investigacion

En esta investigación, se creó un enfoque único y adaptativo de nanopintura utilizando un láser ultrarrápido para la eficiencia de producción de diseños a macroescala con colores estructurales brillantes.

El diseño del patrón de corte se puede nanoimprimir en la película de óxido de grafeno utilizando el control de modulación de luz espacial en tiempo real para el patrón de potencia láser. El movimiento de la muestra puede formar patrones de rejilla submicrónicos regulares, lo que da como resultado una dispersión óptica para los datos de color estructural.

A diferencia de la típica fabricación láser punto por punto, la técnica de fabricación FPS de esta investigación usó un híbrido de múltiples lentes cilíndricas y un proceso de modulación de modulador de luz espacial para crear un punto láser de concentración en forma de línea, sentando las bases para una mayor producción del nivel macroscópico.

Este nanorrecubrimiento sin máscara demostró ser extremadamente versátil y efectivo, incluso para diseños complejos, con una productividad total en el rango de centímetros por minuto.

Más importante aún, se pueden identificar diseños alternativos que se pueden combinar a nivel macroscópico o microscópico para la imagen compuesta multicolor o el ocultamiento de datos a través de la fabricación flexible de estructuras reticulares submicrónicas con diferentes orientaciones.

Esta tecnología ofrece una estrategia de marcado de color única con mejoras significativas en la productividad de fabricación y la precisión del color, lo que abre oportunidades para la esteganografía de la información y las soluciones contra la falsificación.

referencia

Li Y, Zhang X, Zou T, Mu Q y Yang J (2022). Patrones de macro de color de textura vibrante creados a través de nanopintura flexible por láseres ultrarrápidos. Materiales e interfaces aplicados. Disponible en: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c04542

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