西湖大学国强光学工程讲席教授仇旻团队将氮化钛和氮化铝钛组成的复合薄膜作为特殊“纸张”，在其表面利用超快激光进行微纳加工，实现“飞秒激光无墨彩打”，为激光无油墨彩色打印技术的产业化应用提供了新思路。近日，相关研究结果发表于《自然-通讯》。实验室打印的作品包括毕加索名画《哭泣的女人》和王羲之书法《兰亭序》。
超快激光在复合陶瓷薄膜表面着色原理示意图显示，打印机是环境污染的来源之一，因为目前广泛使用的喷墨或激光彩色打印机需要大量使用墨水或碳粉，而这些颜料会对环境造成不可忽视的污染，并对人体造成危害。这项技术的核心在于他们发明了一种新颖的“纸”，其厚度约110纳米、仅为头发丝直径的千分之一。这种“纸”分为3层：研究人员在单晶硅衬底上先后镀50纳米的氮化钛和60纳米的氮化铝钛。
由于氮化钛和氮化铝钛的硬度较大，它们被称为陶瓷材料，而由这层“陶瓷”构成的如羽毛般轻盈的“纸”，将成为“外衣”，附着在需打印图样的物品之上。
同时，仇旻实验室研发了“笔”的另一种用法——在陶瓷薄膜纸上进行“雕刻”。将激光投在薄膜上，通过控制入射激光的能量或扫描速度，便可同时改变氧化膜（氧化铝）和氮化铝钛膜的厚度；在厚度改变后，入射的自然光将通过3层膜结构之间的复杂干涉效应，形成特定的反射颜色。丰富多彩的颜色就此成型。
他们发现，利用氮化钛和氮化铝钛这两种超硬陶瓷材料做成的特殊纸张，完全可以实现高速、高分辨、宽色域、大尺寸、观察角度不敏感、抗老化的全彩色无油墨激光打印。目前，仇旻实验室发明的“飞秒激光无墨彩打”技术，已实现了接近90%的RGB标准颜色系统，远超当前主流的激光着色技术。他们的激光诱导复合薄膜氧化，可同时改变氧化膜（氧化铝）和氮化铝钛膜的厚度，多了一个自由度，从而获得了更宽的色域。
该技术可同时实现高速度和高分辨的全彩色无油墨打印。在打印速度方面，该技术达到了创纪录的10平方厘米/秒。这意味着一张A4纸可以在1分钟内实现全彩色打印。在打印分辨率方面，其比传统油墨打印的最高分辨率高10倍以上。氮化铝钛的高吸收特性使得其界面处产生可观的额外相位差，抵消了由薄膜厚度差异导致的颜色随观察角度变化。
简单理解，正是因为这件“羽衣”如此轻薄，因而在0至80°的范围内，无论从哪个角度观测，颜色基本都不会发生变化，而这正是激光着色领域的另一个突破。
研究人员进行了一系列破坏性实验，但“飞秒激光无墨彩打”的作品“历久弥新”。经过一系列国家标准的抗老化测试，研究人员进一步证实激光在氮化铝钛上诱导形成的颜色色差仍小于7，完全符合工业化应用需求。