Esta nueva forma de impresión crea colores eternos moldeando nanoestructuras

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Puede que no parezca mucho, pero estas obras maestras en miniatura son el ancho de un cabello humano. Y a pesar de su tamaño, cada una contiene más píxeles por centímetro cuadrado que cualquiera de las pantallas con más alta resolución del mercado.

Este nivel de detalle se reduce a una técnica de impresión láser desarrollada por Anders Kristensen y su equipo en la Universidad Técnica de Dinamarca en Copenhague. Con el envío de haces de láser hacia un material formado por miles de pilares de plástico de escala nanométrica cubiertos con una delgada capa de germanio, Kristensen ha impreso algunas de las imágenes de mayor resolución jamás realizadas. Los investigadores han desarrollado la nueva técnica de impresión como una alternativa a la impresión basada en tinta, en la que los colores se desvanecen con el tiempo. Aparte de permitir obras de arte con colores eternamente vivos, la técnica podría dar paso a nuevos tipos de pantallas a color o mejorar las etiquetas de seguridad, según informaron los científicos en la revista Science Advances.

(Imagen ampliable) Ejemplos de impresión en nanopilares. Imagen:
Universidad Técnica de Dinamarca

En la naturaleza, la diferenciación del color se crea de dos maneras diferentes. Una es a través de pigmentos, que es como sucede en nuestra piel, y el otro es la creación de pequeñas estructuras únicas en las superficies como sucede con las plumas de los pájaros, las escamas de los peces y en muchos otros organismos. [Puedes conocer más acerca de la coloración estructural en nuestra historia sobre las magníficas plumas del pavo real al microscopio, que puedes leer aquí.] Con los pigmentos, el material realmente posee color. En cambio, con la estructuración del color, el color deriva de estructuras microscópicas en la superficie de un objeto que redirigen las frecuencias de la luz. Hasta ahora, las máquinas copiadoras habían utilizado tinta pigmentada para crear colores en una hoja. En este nuevo avance, los investigadores han elaborado una forma de crear coloración en una superficie mediante la utilización de un láser que funde una capa muy fina de germanio, un semimetal.

La técnica de impresión por láser requiere de sólo tres materiales: plástico, germanio y un revestimiento protector. En la impresión tradicional basada en tinta, el papel actúa como base; en el nuevo método, el plástico proporciona la base. La superficie del plástico se forma de modo que tenga montones de pilares minúsculos, uno aproximadamente cada 200 nanómetros. Sobre esta base de plástico se esparce una película fina de germanio. El láser calienta cada pilar a más de 1000°C durante unos pocos nanosegundos, haciendo que la capa de germanio en su punta cambie de forma. Esto provoca cambios en la manera en que la luz es reflejada y, por tanto, en qué color aparece. Ráfagas láser de baja intensidad hacen que refleje la luz azul, mientras que el aumento de la intensidad cambia el color hacia los rojos y amarillos. De esta manera, la superficie del material se puede afinar de modo que cada pilar refleje un color diferente, permitiendo así que se impriman diferentes imágenes. El revestimiento protege las formas de las nanoestructuras recién talladas.

(Imagen ampliable) (Imagen ampliable) Demostración de una fotografía en alta resolución que muestra como una alta saturación de cian, magenta y amarillo genera colores cercanos al negro. Imagen: Universidad Técnica de Dinamarca

Los investigadores ya habían probado antes la impresión a color basada en estructuras. Pero, según explica Kristensen, una película de germanio o un material similar aumenta el contraste de color y la resolución. La nueva impresora genera imágenes con resoluciones de hasta 127.000 puntos por pulgada (PPP). Las impresoras láser tradicionales, que utilizan un polvo fino llamado tóner en lugar de tinta, pueden alcanzar sólo unos 20.000 PPP, mientras que las impresoras de chorro de tinta alcanzan 4.800 PPP. La pantalla de un iPhone 7, a modo de comparación, tiene 326 PPP.

Existe no obstante un flagrante problema con la técnica, señalan los investigadores: de momento, no permite imprimir el color verde, ya que el verde reside en el centro del espectro. La impresión requeriría que el láser construyera una estructura capaz de absorber tanto la luz roja como la azul. Informan que actualmente están trabajando en formas de construir nanoestructuras más complicadas para abordar el problema.

Un problema aún mayor es convertir el material en una pantalla que pueda mostrar imágenes en movimiento. La adición de transistores y otros aparatos electrónicos que permitan el cambio de colores en la pantalla aumentaría enormemente el tamaño de los píxeles en estas imágenes, dice Debashis Chanda, de la Universidad Central de Florida, en Estados Unidos, quien no participó en esta innovación. Como actualmente no hay forma de mantener una resolución tan alta y de hacer al mismo tiempo que la pantalla sea dinámica, sugiere que la técnica podría ser útil para imprimir etiquetas de seguridad o marcas de agua que son imposibles de eliminar.

Proceso de impresión de una fotografía de estructuras de color de 532 nanómetros, con pulsos de láser de 1 nanosegundo, de 127.000 PPP a tiempo real

Kristensen cree que la técnica podría facilitar la adaptación de los materiales después de haberlos fabricado, por lo que sería más barato personalizar el interior de un coche, por ejemplo. Un fabricante podría imprimir un montón de interiores hechos de material plástico y luego usar láseres para personalizar la terminación con diseños de diferentes colores. Debido a que la técnica no utiliza tinta, la superficie podría ser editada simplemente utilizando láseres para producir un nuevo patrón.

La impresión láser también podría facilitar el reciclaje, dice Kristensen. Los plásticos a menudo necesitan ser clasificados en colores similares antes de que puedan ser procesados. Pero cuando este nuevo material se funde pierde su color, y está listo para ser remodelado e impreso de nuevo.

Artículo recabado de Science News, Phys y New Scientist. Editado y traducido por ¡QFC!

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2017-05-09T16:05:30+00:00