通过模仿自由空间中硅纳米结构来超越sRGB色域的打印术

基于金属纳米结构等离激元共振可以实现高分辨率的彩色打印技术，其分辨率可达100,000 DPI，完全超越衍射极限。但是，由等离激元共振产生的颜色的色彩饱和度很差，其色域只占国际照明委员会1931色度图（CIE1931）中人眼可感知颜色的很小一部分。硅由于其相较于金属的低本征损耗和高折射率，使其非常适合作为一种与纳米结构色打印技术相关的材料；而且硅纳米结构中可以同时存在电共振和磁共振，使硅广泛应用于新型光学器件。由于硅在可见光区的折射率高达4，使光学模紧密局限在纳米结构中，赋予其作为多色像素的潜力。但是，硅纳米结构色的饱和度和色域仍受衬底效应的限制，即反射谱中共振的品质因子随衬底折射率增加而降低。新加坡科技研究局(A*STAR)材料研究与工程研究所的Joel K. W. Yang和Dong等人采用一层厚为70 nm的折射率匹配的氮化硅薄膜作为抗反射层解决了衬底效应的影响，制备的硅纳米结构具有类似自由空间中的硅纳米结构一样的高饱和度以及视角独立性。而且通过在氮气气氛下退火可以丰富打印图像的色域。下图为以超越sRGB色域的打印技术制作的“Murnau Street with Women”。该项工作发表于Nano Letts., 17 (2017) 7620-7628上。

相关链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.7b03613

图(a)为“Murnau Street with Women”原画作；图(b)和 (c)分别为退火前和退火后“Murnau Street with Women”的光学照片；图(d)为局部的SEM照片。