毕加索的《哭泣的女人》、仇英的《汉宫春晓图》、王羲之的《兰亭集序》……如今，在浙江杭州，这些色彩斑斓、绚丽动人的“名家巨作”，无需使用任何油墨，便能在一群工科生的精彩演绎下，焕发出独特的“科学浪漫”。

“飞秒激光无墨彩打”技术制作的毕加索名画《哭泣的女人》。西湖大学供图

日前，西湖大学仇旻团队解密了一项全新科研成果。该团队用由氮化钛和氮化铝钛这两种超硬陶瓷材料组成的复合薄膜作为特殊“纸张”，在其表面利用超快激光进行微纳加工，实现了“飞秒激光无墨彩打”，为激光无油墨彩色打印技术的产业化应用提供了新思路。

早在2022年夏天，杨振宁等20余位西湖大学顾问委员会成员以及西湖大学首届本科生，成为这项技术的首批见证者。

入学留念牌上镶嵌的晶圆片小画。西湖大学供图

实验室研究人员为杨振宁制作的纪念品。西湖大学供图

本科生打开录取通知书礼盒时，会惊喜地发现入学留念牌上镶嵌的一幅别致的“科学见面礼”晶圆片小画。它直径2英寸，图案包含13种色彩，在阳光的映照下，西湖大学云谷校区学术环与学术会堂的图案明亮绚丽。这些晶圆片便是运用“飞秒激光无墨彩打”技术制作而成，它们来自仇旻团队所在的纳米光子学与仪器技术实验室，这个实验室擅长研究微纳米级别的光学技术与工艺。

纳米光子学与仪器技术实验室。西湖大学供图

据了解，全球范围内，打印机的年销售量可达上亿台。然而，广泛使用的喷墨或激光彩色打印机需要大量使用墨水或碳粉，墨水成分中含有一定浓度的铅、镉、汞、多溴联苯等具有挥发性的有害物质，碳粉也会释放出可被人体吸收的有害微颗粒。因此，摆脱“有墨”、转向“无墨”的趋势显得愈发刻不容缓。

目前，超快激光打印技术是国际上普遍流行的一项无墨打印技术。操作中，激光是“笔”，在部分特殊结构“画布”表面上制造微纳结构，以此产生各类结构色，呈现出不同色彩。但是，这项技术也存在着打印色域较窄、对材料限制大、色彩抗磨损性能较差等问题。

超快激光在材料表面着色的过程。西湖大学供图

而此次公布的“飞秒激光无墨彩打”极大改善了此前的一系列缺陷。其关键性突破技术在于研究团队发明的一种新颖的“纸”——厚度不过约110纳米、仅为头发丝千分之一的陶瓷复合薄膜，为完全实现高速、高分辨、宽色域、大尺寸、观察角度不敏感、抗老化的全彩色无油墨激光打印提供了物质基础。未来，这层特殊的薄膜还可以镀在金属、蓝宝石等各种材料上，甚至也可以覆在普通的纸张上，实现更普及的飞秒激光无墨彩打。

据介绍，这种陶瓷复合薄膜分为三层：最底层是呈金属性的氮化钛，用于阻挡光线穿透，并增加亮度；中间层是高损耗的氮化铝钛电介质，可调控对自然光的吸收；最顶层则是氧化铝，当超快激光作用于氮化铝钛表面时，会额外形成一层以氧化铝为主的透明薄膜，两者将一起调控所吸收的自然光。

漂亮的青绿底就是镀膜的颜色。西湖大学供图

同时，不同于制造微纳结构，在“飞秒激光无墨彩打”技术中，激光也创造性地在陶瓷薄膜纸上进行“雕刻”，通过改变氧化膜（氧化铝）和氮化铝钛膜的厚度，将入射的自然光通过三层膜结构之间的复杂干涉效应，形成特定的反射颜色，从而呈现出丰富多彩的色彩。

目前，该技术已实现接近90%的RGB标准颜色系统，远超当前主流的激光着色技术；打印速度达到了10cm²/s，一张A4纸张可以在1分钟内实现全彩色打印。

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