Ba bức hình được chụp lại từ các bản in nhờ các kính hiển vi quang học: hình a chỉ là bản in có màu xám do không sử dụng hạt kim loại, hình b là bản in sử dụng hạt nano kim loại, hình c là ảnh phóng to một góc hình b. Hai hình đầu có kích cỡ thật vào khoảng vài chục micromet (1/triệu mét) và bức hình cuối cùng có kích cỡ vài micromet.
Ngày 12/8 vừa qua, tạp chí uy tín Nature Nanotechnology đã tăng tải một bài báo mô tả công nghệ in ấn không cần dùng mực hoặc chất nhuộm màu dựa trên kỹ thuật vật liệu nano. Công nghệ này cho phép tạo ra các bức ảnh có chiều sâu, với dải màu liên tục và đặc biệt có mật độ điểm ảnh lên tới 100.000 dpi (dots per inch). Để hình dung công trình của các nhà khoa học tại Trung tâm khoa học, công nghệ và nghiên cứu A*START (Singapore) có tính cách mạng như thế nào chúng ta hãy xem xét một số tiêu chuẩn in đạt được ở thời điểm hiện tại. Thông thường các tài liệu bạn in có mật độ điểm ảnh khiêm tốn 300 dpi hoặc nhỏ hơn, một bức ảnh mịn cũng chỉ tương tương 1200 dpi. Chất lượng tốt nhất mà các máy in công nghiệp như máy in phun kim hoặc laser có thể tạo ra cũng chỉ dừng ở mức giới hạn 10.000 dpi.Trước khi đi vào giới thiệu công trình của các nhà khoa học tại Singapore, Tinhte muốn các bạn hiểu rõ bản chất màu sắc của các vật là gì. Mắt chúng ta nhìn thấy được là do có ánh sáng chiếu vào và tác động lên các đầu dây thần kinh tạo ra xung điện gửi đến não. Hầu hết các vật đều không phát ra ánh sáng, do đó thực chất chúng không có màu. Một minh chứng là khi bạn tắt ánh sáng, tất cả những gì bạn thấy đều là màu đen. Màu sắc của các vật mà ta thấy thực ra là do chúng phản xạ ánh sáng chiếu vào. Tùy từng loại vật liệu khác nhau mà chúng phản xạ các bước sóng khác nhau. Dưới ánh sáng mặt trời (ánh sáng trắng), các vật có màu đen là do chúng hấp thụ hầu hết ánh sáng, các vật có màu trắng là do chúng phản xạ gần như hoàn toàn ánh sáng. Trong khi các vật có màu đỏ là do chúng phản xạ ánh sáng nằm trong vùng màu đỏ và hấp thụ các ánh sáng ở dải màu khác ...
Trở lại với bài báo, ý tưởng tạo ra màu sắc mà không dùng mực hay chất nhuộm của nhóm nghiên cứu tại A*START đến từ việc quan sát các tấm thủy tinh vẩn đục. Nguyên nhân tấm kính không trong suốt là do nó bị pha tạp bởi các hạt kim loại cực nhỏ. Người ta thấy rằng các hạt kim loại có kích thước nanomet (1 phần tỷ mét) lẫn trong thủy tinh là các tác nhân tán xạ với ánh sáng truyền qua nó. Chính hiện tượng trên làm cho các vật liệu kính pha tạp có màu sắc khi được chiếu sáng. Trên cơ sở đó, các nhà khoa học đã sử dụng các thiết bị hiện đại trong lĩnh vực khoa học vật liệu để tạo ra các hạt nano kim loại với độ chính xác cao, sau đó họ đặt các hạt này trên một bề mặt được thiết kế thích hợp để nó có thể phản xạ ánh sáng và tạo ra các bức ảnh màu. Họ gọi các hạt nano này là các chấm nano màu (nanodot of color).
Theo tiến sĩ Karthik Kumar, một thành viên chủ chốt của nhóm nhiên cứu, độ phân giải của các bức ảnh in phụ thuộc rất nhiều vào kích thước và khoảng cách giữa các chấm nano màu. Các chấm nano càng gần nhau thì mật độ điểm ảnh trên bức hình in càng cao. Nhờ khả năng điều khiển chính xác vị trí của các chấm nano, nhóm nghiên cứu đã tạo ra các bản in màu có độ phân giải lên tới 100.000 dpi.
Để tạo ra các màu khác nhau cho bản in thông thường, người ta phải dùng nhiều loại mực in hoặc chất nhuộm màu khác nhau. Nhưng với công nghệ tạo ra bởi nhóm nhiên cứu tại A*STAR các màu sắc được định hình nhờ kích thước và vị trí của các hạt nano kim loại. Các hạt này sẽ tương tác với ánh sáng và phản xạ theo các cách khác nhau tùy thuộc vào độ lớn và cách chúng được đặt trong không gian. Quá trình định hình kích thước và sắp xếp các hạt kim loại như vậy được gọi là sự mã hóa màu sắc. Tiến sỹ Joel Yang- lãnh đạo nhóm nghiên cứu giải thích: thay vì tô màu lần lượt các khu vực khác nhau với các loại mực riêng, các tấm film kim loại siêu mỏng và có kích thước chuẩn được chế tạo để ghi lại hình ảnh theo phương thức mã hóa ở trên. Yang cho biết thêm "tất cả các quá trình này diễn ra hệt như một phép thuật".
Công nghệ mới của các nhà khoa học Singapore được kỳ vọng sẽ tạo nên một cuộc cách mạng mới trong lĩnh vực in ấn. Hiện các tác giả bài báo đang cộng tác với đội ngũ các chuyên gia trong lĩnh vực tính toán hiệu năng cao để sử dụng các mô phỏng và mô hình hóa trên máy tính nhằm hiểu rõ hơn các tính chất và đặc trưng của các cấu trúc nano. Từ đó, họ có thể tạo ra các bản in có màu sắc sống động và sắc nét hơn nữa. Họ cũng hy vọng các phát triển trong tương lai của công nghệ này có thể sử dụng trên các màn hiển thị có tính tương phản và độ phân giải cao cũng như trong các thiết bị lưu trữ quang học.
Nguồn: A*STAR (Singapore)
