KAIST无色素完美再现朝鲜时代“日月五峰图”

by Kim Jonghwa

Published 26 Feb.2025 08:25(KST)

Kim Sinhyeon 生命化学工学系教授团队利用半球形微结构实现高分辨率彩色图像
有望发展为新概念艺术作品表现技法

Kim Sinhyun韩国科学技术院（KAIST）生物化学工程系教授研究团队26日表示，他们利用半球形微结构，在完全不使用化学色素的情况下，实现了高分辨率彩色图像的呈现技术。

一般来说，为了呈现颜色，需要能够吸收可见光中特定波长光线的化学色素。但研究团队未使用化学色素，因此更加环保，并成功以可超精细彩色图像方式再现了朝鲜时代的“日月五峰图”，这种图像可以在无变色、无褪色的情况下实现彩色图像的永久保存。

利用约20万个微小半球，在无需颜料的情况下，以指甲大小再现的《日月五峰图》。KAIST提供

呈现出瑰丽蓝色的摩尔福蝶，以及能够改变皮肤颜色的豹变色龙，即便没有化学色素也能显色，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而形成的结构色。结构色不是由物质本身决定，而是由结构决定，因此即便只用一种材料，也可以呈现出多种颜色。

然而，为获得结构色所需的规则纳米结构，在人工实现方面技术难度很高，不仅难以表现出多样的颜色，而且要将各种颜色精细地做成图案也极为困难。

研究团队不采用规则纳米结构，而是仅利用具有光滑表面的半球形微结构，开发出了能够以高精度对多种结构色进行图案化的新技术。

从左起为生命化学工程学系硕士毕业生、第一作者 Son Chaerim，博士毕业生 Nam Seonggyeong 博士，博士研究生 Lee Jiwoo，Kim Sinhyun 教授。KAIST 提供

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曲面发生全反射，形成回归反射。在此过程中，当半球直径约为10微米（约为一根头发粗细的十分之一）时，产生回归反射的不同路径的光在可见光区域发生干涉，从而显现结构色。

结构色可以通过调节半球的尺寸来控制，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颜色范围。

研究团队首先将不同尺寸的半球形微结构，以微柱形式用半导体工艺中使用的特殊材料进行精密图案化，然后升高温度，使感光性高分子转变为曲面形态。

通过这种方式，可以在预先设计的位置形成具有所需尺寸和颜色的半球形微结构，仅利用单一材料、在不使用色素的情况下再现任意彩色图像。

随着光线角度和观赏方向的变化而呈现出不同景象的《日月五峰图》。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，具有根据入射光角度或视角发生变色、仅在图案一侧显色而在另一侧保持透明的“雅努斯”式特征。

这类结构色图像具有可媲美最新发光二极管显示屏的高分辨率，能够在指甲大小的面积上容纳复杂的彩色图案，并可投影到大面积屏幕上。

主导此次研究的Kim教授表示：“新开发的无色素彩色图像实现技术，今后有望与艺术相结合，成为表现新形式艺术作品的新颖手段”，并称“预计可应用于包括光学器件与传感器、防伪材料以及具有美感的照片卡片在内的广泛领域”。

本次研究由KAIST研究员Son Chaerim作为第一作者参与，成果发表于材料领域权威国际学术期刊《Advanced Materials》（《先进材料》）2月5日刊。

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。