畢加索的《哭泣的女人》、仇英的《漢宮春曉圖》、王羲之的《蘭亭集序》……如今，在浙江杭州，這些色彩斑斕、絢麗動人的“名家巨作”，無需使用任何油墨，便能在一群工科生的精彩演繹下，煥發出獨特的“科學浪漫”。

“飛秒激光無墨彩打”技術制作的畢加索名畫《哭泣的女人》。西湖大學供圖

日前，西湖大學仇旻團隊解密了一項全新科研成果。該團隊用由氮化鈦和氮化鋁鈦這兩種超硬陶瓷材料組成的復合薄膜作為特殊“紙張”，在其表面利用超快激光進行微納加工，實現了“飛秒激光無墨彩打”，為激光無油墨彩色打印技術的產業化應用提供了新思路。

早在2022年夏天，楊振寧等20余位西湖大學顧問委員會成員以及西湖大學首屆本科生，成為這項技術的首批見証者。

入學留念牌上鑲嵌的晶圓片小畫。西湖大學供圖

實驗室研究人員為楊振寧制作的紀念品。西湖大學供圖

本科生打開錄取通知書禮盒時，會驚喜地發現入學留念牌上鑲嵌的一幅別致的“科學見面禮”晶圓片小畫。它直徑2英寸，圖案包含13種色彩，在陽光的映照下，西湖大學雲谷校區學術環與學術會堂的圖案明亮絢麗。這些晶圓片便是運用“飛秒激光無墨彩打”技術制作而成，它們來自仇旻團隊所在的納米光子學與儀器技術實驗室，這個實驗室擅長研究微納米級別的光學技術與工藝。

納米光子學與儀器技術實驗室。西湖大學供圖

據了解，全球范圍內，打印機的年銷售量可達上億台。然而，廣泛使用的噴墨或激光彩色打印機需要大量使用墨水或碳粉，墨水成分中含有一定濃度的鉛、鎘、汞、多溴聯苯等具有揮發性的有害物質，碳粉也會釋放出可被人體吸收的有害微顆粒。因此，擺脫“有墨”、轉向“無墨”的趨勢顯得愈發刻不容緩。

目前，超快激光打印技術是國際上普遍流行的一項無墨打印技術。操作中，激光是“筆”，在部分特殊結構“畫布”表面上制造微納結構，以此產生各類結構色，呈現出不同色彩。但是，這項技術也存在著打印色域較窄、對材料限制大、色彩抗磨損性能較差等問題。

超快激光在材料表面著色的過程。西湖大學供圖

而此次公布的“飛秒激光無墨彩打”極大改善了此前的一系列缺陷。其關鍵性突破技術在於研究團隊發明的一種新穎的“紙”——厚度不過約110納米、僅為頭發絲千分之一的陶瓷復合薄膜，為完全實現高速、高分辨、寬色域、大尺寸、觀察角度不敏感、抗老化的全彩色無油墨激光打印提供了物質基礎。未來，這層特殊的薄膜還可以鍍在金屬、藍寶石等各種材料上，甚至也可以覆在普通的紙張上，實現更普及的飛秒激光無墨彩打。

據介紹，這種陶瓷復合薄膜分為三層：最底層是呈金屬性的氮化鈦，用於阻擋光線穿透，並增加亮度﹔中間層是高損耗的氮化鋁鈦電介質，可調控對自然光的吸收﹔最頂層則是氧化鋁，當超快激光作用於氮化鋁鈦表面時，會額外形成一層以氧化鋁為主的透明薄膜，兩者將一起調控所吸收的自然光。

漂亮的青綠底就是鍍膜的顏色。西湖大學供圖

同時，不同於制造微納結構，在“飛秒激光無墨彩打”技術中，激光也創造性地在陶瓷薄膜紙上進行“雕刻”，通過改變氧化膜（氧化鋁）和氮化鋁鈦膜的厚度，將入射的自然光通過三層膜結構之間的復雜干涉效應，形成特定的反射顏色，從而呈現出豐富多彩的色彩。

目前，該技術已實現接近90%的RGB標准顏色系統，遠超當前主流的激光著色技術﹔打印速度達到了10cm²/s，一張A4紙張可以在1分鐘內實現全彩色打印。

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