KAIST：“无需色素即可实现彩色图像，可用于艺术等领域”

by Jeong Ilwoong

Published 26 Feb.2025 07:57(KST)

在不使用化学色素的情况下实现超精细彩色图像的技术已在韩国国内开发成功。该技术由于完全不使用化学色素，具有环保优势，并且能够在无变色或褪色的情况下永久保存彩色图像。

在不使用颜料的情况下再现的名画《印象·日出》（左）、《戴珍珠耳环的少女》（右）。KAIST提供

KAIST表示，生命化学工程系研究团队在教授 Kim Sinhyun 的带领下，于26日开发出一种利用半球形微结构、在完全不使用化学色素的条件下实现高分辨率彩色图像的技术。

此前，呈现蓝色的摩尔福蝶和能够改变皮肤颜色的豹变色龙，也可以在不依赖化学色素的情况下显色。这是因为构成其身体的规则纳米结构通过光的干涉现象反射可见光，从而呈现所谓“结构色”。

由于结构色是由结构而非物质本身决定的，因此即便只使用一种材料，也可以呈现出多种不同的颜色。

但为了人工实现这种产生结构色所需的规则纳米结构，技术难度极高，不仅难以表现多样的颜色，在将颜色以精细图案形式呈现方面也存在局限。

随着光线角度和观赏方向的变化而呈现不同面貌的《日月五峰图》。KAIST提供

对此，研究团队开发出一项技术，即便不采用规则纳米结构，而是利用具有光滑表面的半球形微结构，也能以高精度对多种结构色进行图案化。

当光线入射到倒置的半球形微结构时，从侧面入射的光会沿着曲面发生全反射并产生回归反射。在此过程中，当半球直径为10微米（约为头发丝粗细的十分之一）时，发生回归反射的不同路径的光在可见光波段产生干涉，从而显现出结构色。

此时，结构色可以根据半球的尺寸进行调节，如同在调色板上混合颜料一样，通过排列不同尺寸的半球，可以无限扩展可呈现的色彩范围。

为将不同尺寸的半球形微结构精确图案化，研究团队采用了半导体工艺中使用的正性光刻高分子（暴露于紫外线区域易溶解的光敏材料），通过光刻法（用于半导体工艺的图案形成方法）将其制成微柱阵列，然后升高温度，使光敏高分子的形状转变为曲面，从而形成半球形微结构。

研究团队表示，采用这种方法，可以在单一步骤内按照预先设计的方式，在指定位置形成具有所需尺寸和颜色的半球形微结构，并且仅利用单一材料、在完全不使用色素的情况下再现任意彩色图像。

（自左起）生命化学工学系硕士毕业生、第一作者 Son Chaerim，博士毕业生 Nam Seonggyeong 博士，博士研究生 Lee Jiwoo，教授 Kim Sinhyun。KAIST 提供

这种能够实现颜色永久保存的超精细彩色图像技术，可根据入射光角度或视角发生颜色变化，并呈现出仅在图案一侧显色、另一侧透明的“雅努斯”特性。这类结构色图像具有可与最新发光二极管显示屏相媲美的高分辨率，不仅可以容纳指甲大小的复杂彩色图案，也可以扩展到大面积屏幕进行展示。

Kim Sinhyun 教授表示：“希望本研究团队开发的无色素彩色图像实现技术，今后能够与艺术领域相结合，成为表现新型艺术作品的一种新颖方式。今后，这项技术还可广泛应用于光学器件与传感器、防伪与防伪篡改材料以及具有审美性的照片卡片等众多领域。”

另外，本研究在韩国研究财团未来融合先锋项目和中坚研究者支援项目的资助下完成。

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。