Физики ИТМО предложили новый материал для лазерной печати — он позволяет «вшивать» в одну картинку черно-белые и цветные изображения одновременно. Ученые впервые использовали металл-органические каркасы — оптически прозрачный материал, хорошо преобразующий лазерное излучение. Под воздействием лазера его структура изменяется, и в объеме формируются цветные дефекты. Каждый такой дефект обладает уникальным спектром рассеяния, что делает металл-органические каркасы полезными для создания антиконтрафактных неклонируемых меток. Результаты исследования опубликованы в журнале Advanced Functional Materials.

Лазерная литография позволяет получать изображения на поверхности и в объеме материала с помощью лазера. Для цветных и черно-белых изображений используют разные методы. Например, при создании черно-белых — применяют лазерную абляцию, когда часть материала удаляют с поверхности изделия лазерным импульсом. Для цветных — метод фотооксидирования: делают на поверхности изделия оксидную пленку, нагревая его лазером. При этом для разных подходов нужны материалы с разными свойствами. До недавнего времени ученым не удавалось получать на одном материале черно-белые и цветные изображения одновременно.

Ученые ИТМО смогли совместить два вида печати и показали, как можно наносить цветные и черно-белые изображения на одном материале разными способами.

Для этого они впервые применили металл-органический каркас (МОК) Er-BTC. Этот материал состоит из эрбиевых металлов, соединенных органическими молекулами (тримезиновой кислотой). Он очень пористый и обладает кристаллической структурой. Благодаря такому строению металл-органический каркас обладает нелинейными свойствами — материал преобразовывает лазерное излучение, сокращая длину волны в два раза. При уменьшении длины волны внутри материала свет еще сильнее фокусируется в точке и создает на изделии цветной дефект малого размера. Именно от размера точки фокусировки и зависит цвет создаваемого «пикселя».

Новую технологию ученые планируют применить при создании неклонируемых меток для защиты предметов роскоши от подделок. В отличие от других материалов, металл-органические каркасы позволяют получать защитные изображения с разными цветами, что дает зашифровать в них больше информации.

«Когда мы направляем на поверхность материала достаточно мощное излучение, кристалл уже не может преобразовать его и начинает разрушаться, вследствие чего формируется цветной дефект. Этот дефект соответствует цвету длины волны, которую должна излучать структура. Например, если мы посветим на изделие инфракрасным лазером с длиной волны, равной 1000 нанометров, то материал преобразует эту длину волны в 500 (длина волны зеленого цвета). Это означает, что при большой мощности лазера на структуре появится дефект зеленого цвета», — объясняет Анастасия Ефимова, первый соавтор статьи, инженер физического факультета ИТМО.

Варьируя длины волн лазера, ученые могут формировать дефекты от сине-фиолетового до красно-оранжевого и розового цветов.

«В защитную метку можно будет зашифровать информацию с помощью QR-кодов. При этом мы сможем гарантировать, что этот QR-код невозможно будет повторить, потому что каждый цветной “пиксель” метки будет обладать уникальным спектром рассеяния, а каждый черно-белый сможет менять свой оттенок в зависимости от энергии в лазерном импульсе, используемой для его создания», — подчеркивает Николай Жесткий, главный автор статьи, инженер физического факультета ИТМО.

Статья: Nikolaj Zhestkij, Anastasiia Efimova, Yuliya Kenzhebayeva, Svyatoslav Povarov, Pavel Alekseevskiy, Sergey Rzhevskiy, Sergei Shipilovskikh, and Valentin Milichko. Grayscale to Multicolor Laser Writing Inside a Label-Free Metal-Organic Frameworks. Advanced Functional Materials, 2024

Елизавета Кокорина

Журналист ITMO.NEWS