Only Perception: 研究者利用飛秒雷射創造出彩色金屬

2008-02-03

研究者利用飛秒雷射創造出彩色金屬

Researchers create gold aluminum, black platinum, blue silver
http://www.physorg.com/news121084252.html

February 01, 2008

利用一款桌上型雷射，Rochester 大學的光學科學家將純鋁變成金色、藍色、灰色，以及其他許多顏色。而且對於每一種測試過的金屬都有效，包括鉑、鈦、鎢、銀與金。

Chunlei Guo（郭春雷，音譯），這位研究者在一年之前利用強烈雷射光改變種種金屬的特性，將它們變成瀝青黑，今日在 Applied Physics Letters 上發表的一篇論文中，將同樣的程序更進一步地推展。他現在相信，有可能改變任何金屬的特性以將其轉變成任何顏色 -- 甚至能像蝴蝶翅膀一樣，具有七彩顏色。

由於此過程改變了金屬本身固有的表面特性，而且不只是一種塗佈，所以這種顏色不會褪色或剝落，Guo 說，Rochester 大學光學研究所的光學副教授。他指出可能性無窮無盡 -- 一家腳踏車製造工廠利用一部雷射就能夠生產出擁有不同顏色的腳踏車；將一張全彩的全家福照片蝕刻到冰箱門上；或者以一只跟你未婚妻藍色眼睛同樣顏色的黃金訂婚戒指求婚。

"自從黑色金屬的探索之後，我們已證明能獲得完全的控制，讓金屬反射特定顏色，並將其他吸收掉，而現在我們終於能夠讓金屬反射出幾乎是任何我們想要的顏色，" Guo 說。"當我們首度發現這種程序能產生金色，我們簡直不敢相信。我們半夜在實驗室工作，試著要理解我們還能夠製造出何種顏色。"

Guo 以及他的助理，Anatoliy Vorobeyv，利用一種極短暫但相當強烈的雷射爆發改變了金屬的表面，形成奈米與微米等級的結構，那能選擇性地反射某種顏色以顯現特定顏色，或其他顏色的結合。

這種金屬上色研究是 Guo 在 2006 年底發現「黑色金屬」之後的後續研究，當時他的研究團隊能在金屬表面創造出奈米結構，那能夠吸收幾乎所有光線，讓某些如普通的鋁塊這樣簡單的東西，變成至今所創造出來最暗的材料。

Guo 的黑色金屬，具有相當高的吸收特性，對於任何想要捕捉光線的應用都十分理想。潛在的應用範圍從製造更好的太陽能收集器到更先進的匿蹤技術，他說。

Guo 所使用的超亮／超強光線是由一具飛秒雷射（femtosecond laser）所產生，其所產生的雷射脈衝只有 10^-15（千兆分之一）秒。如果一飛秒等於一秒，那麼原先的一秒將約為 3200 萬年。在它短暫地爆發期間，Guo 的雷射宣洩出如同整個北美洲電力網的能量，這全都聚焦在針尖般大小的點上。

這種猛烈轟擊迫使金屬表面形成奈米結構 -- 窪坑、小球與繩狀，那以一種不同的方式回應入射光，端看雷射光如何雕鑿此結構。因為這些結構小於可見光波長，因此它們所反射的光線高度倚賴它們特定的尺寸與形狀，Guo 說。改變雷射強度、脈衝長度與脈衝次數，讓 Guo 能控制奈米結構的配置，也因此控制了金屬所能反射的顏色。

Guo 與 Vorobyev 也藉由創造出包含奈米結構的微米等級線條，完成彩虹般的顏色。這些線條以規律的橫列安排，導致不同波長的光線被反射，在不同方向形成不同的干擾。成果是一塊金屬，那能夠在某一方向呈現出紫色，從另一個方向呈現出灰色，或者許多顏色同時出現。

為了改變金屬的某個區域，一個一角硬幣大小的地方現在要花上三十分鐘以上，不過研究者目前正在研究要提升此一技術。幸運地，儘管涉及了難以置信的強度，飛秒雷射只要用牆壁上的電源插座就能驅動，這表示一旦此技術經過提升，要實作它應會相對簡單。

這種新製程可用於 Guo 所測試過的每種金屬，而且結果如此一貫，讓他相信，它將對所有已知金屬都有用。他的團隊目前正研究要發現正確的調整，以便為完全上色的金屬創造出彩虹當中的其餘顏色，包括紅色與綠色。

※ 相關報導：

＊ Colorizing metals with femtosecond laser pulses
http://scitation.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id=APPLAB000092000004041914000001