CN110626087A - 基于相变材料的无油墨激光彩色打印方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于相变材料的无油墨激光彩色打印方法，包括以下步骤：S1、在基片上镀上一层相变薄膜，所述相变薄膜在激光作用下会产生各种微观结构，并具有不同的光学常数；S2、在所述相变薄膜上沉积一层在可见光波段透明的介电薄膜，得到镀膜样品；所述介电薄膜在1000℃以下具有恒定不变的光学常数；S3、利用激光打印系统对所述镀膜样品进行彩色图像打印，通过调节激光功率密度，改变到达所述相变薄膜上的聚焦光斑的能量，从而调控相变薄膜的微观结构与光学常数，得到彩色打印样品。本发明的基于相变材料的无油墨激光彩色打印方法，具有无油墨打印的优点，绿色环保且无污染，且能够得到不同颜色的彩色图像，且色彩丰富。

Description

基于相变材料的无油墨激光彩色打印方法
技术领域
本发明涉及彩色打印技术领域，具体涉及一种基于相变材料的无油墨激光彩色打印方法。
背景技术
彩色打印是一项日常生活及工作中不可或缺的技术，比如应用在彩色相片和彩色图纸等方面。但目前的彩色打印基于喷墨技术，即要求打印前在打印设备中加入不同颜色的墨水，而彩色墨水不仅成本高昂，而且对人体及环境有一定的危害。此外，传统的彩色打印速度偏慢，效率较低。
因此，其它新型彩色打印技术被提出。最近研究人员提出采用多层薄膜之间的干涉及相变薄膜的晶化实现不同的彩色图像打印[AIP Adv.7,125024(2017)；Adv.Mater.28,4720-4726(2016)；Sci.Rep.6 39206(2016)]，但无法在相同薄膜结构上得到色彩丰富多样的彩色且薄膜结构较复杂；而Zhu等提出在介电超材料上实现彩色图像的共振激光打印技术[Sci.Adv.3,e1602487(2017)]，但需要提前制备出具有周期性的纳米结构基底材料，结构设计复杂。
因此，亟需发明一种能替代传统的油墨打印，且材料结构设计简单，成本低廉的打印技术。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种基于相变材料的无油墨激光彩色打印方法，本发明的彩色打印方法，具有无油墨打印的优点，绿色环保且无污染，且能够得到不同颜色的彩色图像，且色彩丰富。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
本发明提供了一种基于相变材料的无油墨激光彩色打印方法，包括以下步骤：
S1、在基片上镀上一层相变薄膜，所述相变薄膜在激光作用下具有各种微观结构，并具有不同的光学常数；
S2、在所述相变薄膜上沉积一层在可见光波段透明的介电薄膜，得到镀膜样品；所述介电薄膜在1000℃以下具有恒定不变的光学常数；
S3、利用激光打印系统对所述镀膜样品进行彩色图像打印，通过调节激光功率密度，改变到达所述相变薄膜上的聚焦光斑的能量，从而调控相变薄膜的微观结构与光学常数，得到彩色打印样品。
本发明中，所述微观结构包括鼓包、晶化和熔化，所述光学常数为光学折射率和消光系数。
本发明中，在进行激光打印时，聚焦激光束辐射镀膜样品，镀膜样品吸收激光能量并被加热，使相变薄膜层的微观结构及光学常数改变，导致样品表面出现彩色图像。通过调控激光能量大小使镀膜样品的微观结构与光学常数连续变化，从而得到不同颜色的彩色图像，且色彩丰富。
进一步地，所述相变薄膜与介电薄膜均通过磁控溅射的方法制备得到。
进一步地，所述相变薄膜的材质为Ag3In4Sb76Te17、Sb2Te3、GeTe或Ge2Sb2Te5，且厚度为1nm～100nm。
进一步地，所述介电薄膜的材质为Si3N4、ZnS-SiO2、ITO或SiO2，且厚度为20nm～150nm。
进一步地，所述的基片为石英玻璃或硅片。
进一步地，所述激光打印系统的激光束输出的激光波长为350nm～600nm，透镜的数值孔径为0.1～0.9，激光功率密度的调节范围为1×107～1×1011W/m2，激光打印速度的调节范围为0.01～8m/s。
本发明的有益效果是：
本发明通过激光打印系统，利用相变薄膜在激光的作用下具有可调的微观结构与光学常数的特点，基于相变薄膜与介电薄膜间的Fabry–Pérot干涉效应实现激光彩色图像打印，且打印的图像与原图完全一致，色彩丰富。其优点是：
1)激光打印系统操作简便，成本低廉。
2)利用相变薄膜可调的微观结构与光学常数，实现色彩丰富的彩色打印。
3)该发明具有无油墨打印的优点，绿色环保且无污染。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明无油墨激光彩色打印方法的示意图；
图2为在不同功率激光作用下Ge2Sb2Te5相变薄膜样品的AFM微观形貌图；
图3为在不同功率激光作用下Ge2Sb2Te5相变薄膜样品的光学常数变化情况；
其中：1、基片；2、相变薄膜；3、介电薄膜；4、激光聚焦光斑；5、准直激光束；6、透镜；7、微观结构；
图2和图3中，激光功率分别为：(a)1×108W/m2；(b)3.5×108W/m2；(c)5×108W/m2；(d)7×108W/m2；(e)8.6×108W/m2；(f)1.5×109W/m2。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供了一种基于相变材料的无油墨激光彩色打印方法，其步骤包括：
1)用磁控溅射法在石英玻璃1上镀上一层10nm厚的GeTe薄膜2；
2)在GeTe薄膜2上继续沉积一层20nm厚的ZnS-SiO2薄膜3，得到镀膜样品；
3)利用激光打印系统对上述镀膜样品进行彩色打印，所用激光束4的波长为405nm；透镜5的数值孔径为0.45；刻写速度为1m/s。
激光彩色打印的示意图如图1所示，本实施例中采用GeTe薄膜作为相变层，厚度为10nm，镀于石英玻璃上表面，而在介电薄膜下表面。
当聚焦激光束斑6辐射到镀膜样品上，该样品吸收激光能量并被加热，随后GeTe薄膜2的微观结构7和光学常数发生变化；所用激光能量变化范围为5×108～8×109W/m2，如示意图1所示。
实施例2～4
实施例2～4的打印步骤与实施例1一致，镀膜样品的参数与打印参数如下表所示。
图2和图3示出了在不同功率的激光作用下，Ge2Sb2Te5相变薄膜样品的表面微观结构以及光学常数的变化情况。从图中可以看出，在激光的作用下，Ge2Sb2Te5相变薄膜样品表面产生了包括鼓包在内的各种微观结构，且光学常数也发生了改变。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种基于相变材料的无油墨激光彩色打印方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在基片上镀上一层相变薄膜，所述相变薄膜在激光作用下会产生各种微观结构，并具有不同的光学常数；
S2、在所述相变薄膜上沉积一层在可见光波段透明的介电薄膜，得到镀膜样品；所述介电薄膜在1000℃以下具有恒定不变的光学常数；
S3、利用激光打印系统对所述镀膜样品进行彩色图像打印，通过调节激光功率密度，改变到达所述相变薄膜上的聚焦光斑的能量，从而调控相变薄膜的微观结构与光学常数，得到彩色打印样品。
2.如权利要求1所述的基于相变材料的无油墨激光彩色打印方法，其特征在于，所述相变薄膜与介电薄膜均通过磁控溅射的方法制备得到。
3.如权利要求1所述的基于相变材料的无油墨激光彩色打印方法，其特征在于，所述相变薄膜的材质为Ag3In4Sb76Te17、Sb2Te3、GeTe或Ge2Sb2Te5，且厚度为1nm～100nm。
4.如权利要求1所述的基于相变材料的无油墨激光彩色打印方法，其特征在于，所述介电薄膜的材质为Si3N4、ZnS-SiO2、ITO或SiO2，且厚度为20nm～150nm。
5.如权利要求1所述的基于相变材料的无油墨激光彩色打印方法，其特征在于，所述的基片为石英玻璃或硅片。
6.如权利要求1所述的基于相变材料的无油墨激光彩色打印方法，其特征在于，所述激光打印系统的激光束输出的激光波长为350nm～600nm，透镜的数值孔径为0.1～0.9，激光功率密度的调节范围为1×107～1×1011W/m2，激光打印速度的调节范围为0.01～8m/s。
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