参照肥皂泡和蝴蝶翅膀，中科院用透明墨水实现彩印

　　打印机是目前难以被取代的办公设备，但你知道它会造成许多环境问题吗？

　　生产颜料和油墨的化学工艺并不环保，大量彩印需要不停更换多个墨盒，许多墨盒还未被用尽就已躺在垃圾场。据统计，每年有 11 亿个墨盒被丢弃，大概 450 年才会自然分解。一盒有残墨的墨水平均污染 60 立方米的水源。

　　▲ 高级照片打印机会配备多个彩色墨盒. 图片来自：Denisgomes

　　印刷行业存在的诸多问题，鼓励着研究人员发明其他方法创建彩色图像。近日，中科院化学研究所的研究人员提出一种使用透明高分子墨水打印「全彩结构色图像」的方法。该方法突破了我们对彩色印刷的固有认知，呈现不同颜色不再需要彩色墨水。

　　结构色（structural color）又称「物理色」，是由微观物理结构与自然光之间的相互作用（如散射、干涉、衍射等）所产生的颜色，和「化学色」的显色原理完全不同。

　　绚烂的彩虹与肥皂泡、斑斓的孔雀羽毛和蝴蝶翅膀，这些在阳光下闪闪发亮的颜色，就是大自然中广泛存在着的结构色。

　　▲ 图片来自：Brocken Inaglory

　　中科院研究人员基于结构色原理，对最常见的彩色打印机——喷墨打印机进行了改造。他们使用了一种在人眼看来透明的聚合物墨水，并用具有疏水表面的玻璃代替了容易吸收大多数液体的纸张。当水性墨滴落下时，它们会被玻璃排斥，进而形成类似「微型穹顶」的结构。

　　利用液体的表面张力特性和玻璃的疏水作用，打印机可以创建不同大小和形状的微型穹顶，每个微型穹顶反射不同波长的光，使人眼感知不同的颜色。将数千个图像分组在一起，可以创建更大的全彩图像，看起来就像彩色墨滴喷射到纸上一样。

　　▲ 图片来自：GIZMODO

　　然而，这种效果仅在一侧起作用，从另一侧观察玻璃片时，墨水依然是透明的，这其实很有用处。

　　鸟类在穿过城市时面临着很高的死亡率，纽约市每年有 9 万至 23 万只鸟类因窗户碰撞而死亡，这些窗户对于它们来说是不可见的。未来，整座摩天大楼都可以被这样的玻璃片覆盖，不论是大型广告牌还是鸟类安全型窗户，而内部的视野不会被阻碍。

　　▲ 图片来自：中国科学院化学研究所

　　研究人员相信，通过对微型穹顶形状和图案结构的精准操作，他们可以完全控制颜色的饱和度、亮度和其他方面。

　　▲ 这种新印刷方法具有高保真度. 图片来自：GIZMODO

　　这种新的结构色方法，既可以与现有的打印机兼容，还可能有助于降低印刷成本，因为它只需要单一墨水。此外，这些印刷品可以抵抗光的漂白，使用寿命比随时间褪色的染料要长得多。只要微型穹顶结构没有被破坏，颜色总像初见一般鲜活饱和，因此是一种更加环保且稳定的呈色方式。

　　2015 年，密苏里科技大学的研究人员也是根据结构色原理，创造了一种「无墨打印机」。他们使用激光在金属材料上打出数千个小孔，以产生和蝴蝶翅膀相同效果的微观结构，但只有金、绿、橙、青、洋红和海军蓝等少量颜色能被显现出来。

　　▲ 具有数千个微孔的薄夹层材料. 图片来自：GIZMODO

　　更重要的问题是，「无墨打印机」只能在微观层面上工作，它使用了一种薄夹层材料——只有 170 纳米厚，由两层银组成，中间是一层二氧化硅。这个全彩版的密苏里科技大学标志，它的尺寸大约为十亿分之一米。

　　▲ 图片来自：GIZMODO

　　不过，这台「无墨打印机」本就「志不在打印」，而是选择投身更精微的应用，例如创建肉眼不可见的高级安全标记以及实现新型的信息存储。