Ученые научились легко и быстро печатать цветные голограммы

Ученые химико-биологического кластера Университета ИТМО в коллаборации с компанией АО НПО «Криптен» разработали способ печати голографических изображений на брэгговских решетках — специальной пленке с особыми отражающими свойствами. Новая технология проста и не требует специального оборудования — печатать полноцветные голограммы можно даже на обычном струйном принтере.  

Голография используется во многих сферах: в хранении данных, микроскопии, а также в создании сенсоров и оптоэлектрических устройств, и даже в искусстве. Но самое широкое распространение получили голографические методы защиты денежных купюр, документов и лицензионных знаков. При этом срок подделки того или иного метода защиты занимает от года до двух лет, поэтому одно из главных требований для его успешного коммерческого внедрения — простота и дешевизна.

Именно такое решение и предложили ученые университета ИТМО. В его основе — многокомпонентные чернила на основе акрилатов, которые наносятся на заготовку — пленку, на которой уже записана лазерная голограмма на длине волны, дающей при отражении синий цвет. Это и есть та самая брэгговская дифракционная решетка. Чернила проникают вглубь слоев пленки, приводя к их разбуханию — в результате меняется период решетки и условия отражения света. Визуально это выражается в изменении цвета отраженной волны.

«Материал, из которого состоит пленка, варьируется по плотности, а значит, и по показателю преломления. Изначально период решетки (пленки) подходит для дифракции волны 488 нанометров — что дает нам синий цвет. Когда мы поливаем пленку чернилами, она набухает, ее слои расширяются — и дифракция длины волны изменяется. В зависимости от количества чернил появляется сначала зеленое излучение, дальше — желтое, а если налить их еще больше, то красное. Таким образом, в зависимости от дозировки чернил можно сделать очень плавную градацию изменения рисунка», — объясняет первый автор статьи Тамара Погосян.

При этом число возможных цветов на голограммах не ограничивается четырьмя: варьируя количество налитых чернил и их концентрацию, можно получать плавные многокрасочные переливы. В лаборатории количество цветов уже увеличили до 12, но для этого пришлось использовать специальные принтеры, в которых объем капли можно контролировать вплоть до пиколитра.

По словам ученых, у них получилось довольно изящное решение, которое легко внедрить в коммерческое производство. Технически метод гораздо проще, чем все направления, разрабатываемые в SCAMT ранее. Теоретически, печатать голограммы теперь можно даже на домашнем струйном принтере — однако в этом случае пострадают и точность исполнения, и сам принтер.

«За шесть лет существования нашей лаборатории мы разработали несколько технологий. Это и опаловая голография, печать радужных и зеркальным голограмм, печать интерференционных изображений, компьютерно-генерируемые голограммы, которые используются во многих банкнотах мира. Но мне кажется, что этот метод (с точки зрения эволюции направления, того, что мы достигли у себя в лаборатории за эти годы) — пожалуй, самый совершенный. Он позволяет получить контрастное, точечное изображение, с высокой цветопередачей и точностью, с очень высокой воспроизводимостью, это позволяет надеяться на внедрение этой технологии в практику», — рассказывает Александр Виноградов, директор химико-биологического кластера ИТМО.

Оптические свойства полученных голограмм и их техническое соответствие проверили на специализированном оборудовании при содействии сотрудников Нового физтеха ИТМО. Благодаря им удалось не только уточнить значения длин волн и угол их отражения, но и подтвердить, что голографический эффект создается именно благодаря изменению дифракционных способностей пленки, а не простым окрашиванием.

Планируется, что чернила в ближайшее время будут использоваться в коммерческом производстве, в частности, компанией АО НПО«Криптен». Но ученые планируют и дальше работать над их модификациями, в том числе — экспериментировать с ленкой для печати голограмм.

«Так как мы физически воздействуем на слои изначального материала — растягиваем их — это так или иначе влияет на их дифракционную эффективность. Мы работали с определенным видом пленки, предоставленным нам партнером, но на самом деле подобных пленок существует очень много. Возможно, другой материал даст более прочное удержание этих слоев, чтобы они не страдали в процессе набухания, и конечная картинка не теряла в яркости. Но это касается самого начального материала, как он восприимчив к составу», — замечает Тамара Погосян.

• #Физика