哈尔滨工业大学肖淑敏课题组在微纳米彩色打印技术方面取得突破。研究者通过将二氧化钛材料进行微纳加工，人工构建了一种新型广色域、高分辨率的彩色印刷技术。

印刷术是中国四大发明之一，而彩色打印更是极大地丰富了我们的日常生活。结构彩色印刷，采用微纳米结构产生颜色，近年来获得了广泛关注。不同于传统彩色印刷技术，结构彩色印刷不需要染料或者油墨，结构颜色的产生仅仅依赖光与结构的相互作用，并且在分辨率、色度、化学稳定性、环保性等方面都有巨大优势。目前结构印刷主要是基于等离子体金属材料以及半导体硅材料，存在着在可见光波段对光有极大损耗的制约因素。由此导致其光谱响应宽、响应强度弱等问题。目前报道的结构印刷设计很难做到可见光范围内高效、高饱和度的彩色打印，限制了其在高质量彩色印刷中的应用。

图1 二氧化钛结构色超表面示意图以及测量结果

肖淑敏课题组开发的基于二氧化钛的微纳米彩色打印技术很好地弥补了上述缺憾。二氧化钛，一种生活中常见状态为白色粉末状的氧化物，具有无毒、最佳白度和光亮度的性质，被认为是世界上性能最好的白色颜料，广泛应用在印刷、化妆品等工业领域。在过去的几年中，人们已经可以获得高质量的二氧化钛薄膜，在可见光波段具有较高折射率和几乎为零的损耗，为结构器件提高性能提供了基础。在之前的报道中，制备二氧化钛结构通常依赖于原子层沉积和反应离子束刻蚀技术，该套方案通常需要复杂的工艺和较长的制备时间。而该课题组采用更简单的手段进行二氧化钛结构的制备，通过简单的电子束蒸镀和剥离过程，成功制备出质量良好的二氧化钛周期阵列结构。通过合理设计结构的尺寸，将结构单元所支持的光谱响应有效地压缩，能够在特定光谱位置实现高反射(~70%)、窄带宽(~30 nm)的响应。而在可见光波段的其他位置，该结构表现出极低的反射。

此外，该结构还具有角度和偏振不敏感的特性，能够在大角度和不同偏振光照射下保持光谱响应位置几乎不变。这样的光谱响应所表现出来的颜色具有高亮度和广色域的特征，可以应用于高分辨率(16,000 dpi)和广色域的常规彩色打印和显示方向。该技术将在表面修饰、数字显示、分子检测、光学加密设备和稳定的光信息存储等领域产生实际意义，这一成果发表在ACS Nano [11, 4445−4452 (2017)]上。

图2 结构色像素尺寸测试

图3 基于二氧化钛超表面的全彩色印刷

论文链接：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.7b00415