Техника лазерной покраски металла. Разнообразные лазерные методы могут быть использованы для создания красочных художественных работ на металлах. Однако каждый подход обычно требует другого типа лазера и очень специфических настроек. В новом исследовании исследователи описывают, как использовать один коммерчески доступный лазер для достижения трех методов лазерной окраски на металле, что делает эти методы более практичными для широкого спектра применений в искусстве и ювелирном деле с возможностью массового производства.

Исследователи создали серебряные украшения с цветным лазерным декором, чтобы продемонстрировать использование субволновых наночастиц для создания цвета. Этот метод не требует специальной подготовки образца. Фото: Оптическое общество Америки

«Изменяя параметры лазерной обработки, мы контролируем нагрев поверхности металла в диапазоне температур от точки плавления до кипения и выше», — сказала Надежда Щедрина, член исследовательской группы во главе с Галиной Одинцовой из Университета ИТМО в России. «После лазерной обработки формируются различные микро- и наноструктуры, которые создают оптические эффекты, которые изменяют цвет обрабатываемой поверхности».

В журнале Optical Materials Express исследователи сообщают о простых и надежных методах использования лазера, который излучает импульсы наносекундной длительности для создания большой палитры цветов на металле. Методы не слишком трудоемки и могут использоваться для создания больших или маленьких изображений.

«Наши результаты дают новый вид искусства и дизайна», — сказала Ярослава Андреева, член исследовательской группы. «Мы хотим представить лазер как технику эффективного художественного выражения, которая открывает новые возможности для художников».

Красочные техники

Исследователи применили три метода управления окраской металла с помощью лазеров: лазерное окисление, лазерное образование наночастиц и лазерное структурирование. Они создали цветовую палитру на основе своих новых подходов и планируют расширять ее с течением времени.

Для лазерного окисления исследователи подробно описывают, как использовать лазер для получения тонкой оксидной пленки на металлической поверхности, которая создает цвет из-за световых помех, возникающих в пленке. Это может создать цвет на широкой области поверхности металла.

Исследователи также обрисовывают в общих чертах второй метод, который использует лазер для формирования субволновых наночастиц — около 5-50 нанометров — на металле. Когда окружающий свет попадает на эти наночастицы, он создает цвета с помощью оптического явления, известного как поверхностный плазмонный резонанс. Цвет можно изменить, изменив размер и форму наночастиц. Этот метод полезен для нанесения цвета на драгоценные металлы, такие как серебро, и не требует специальной подготовки образцов.

Третий способ лазерного структурирования включает в себя использование лазера для частичного плавления поверхности металла с образованием рисунка из тонких параллельных канавок или щелей, известных как периодические решетки. Рассеяние света от этих структур приводит к цветам, которые зависят от угла наблюдения. Этот метод можно использовать для создания нескольких изображений на одной металлической поверхности, причем каждое изображение можно просматривать только под определенным углом, что делает его применимым для защиты от фальсификации металлических изделий.

Создание искусства с помощью лазеров

Исследователи использовали свои новые методы для создания различных произведений искусства. С помощью лазерного окисления они воссоздали иллюстрацию цветного журнала на титане. Они также делали серебряные украшения с цветным лазерным декором, чтобы продемонстрировать использование наночастиц, и использовали лазерное структурирование на нержавеющей стали, чтобы создавать изображения, которые меняли цвет и внешний вид при наблюдении под разными углами.

«Эти методы предлагают широкий спектр способов воплощения идей в ювелирных изделиях или других видах изделий из металла без использования расходных или токсичных химикатов», — говорит Лутошина Дарья, член исследовательской группы Одинцовой. В.П. Вейко, который разработал идею для этого проекта, добавил, что цветовую палитру можно расширить, создав поверхность с наночастицами из разных металлов.

Исследователи говорят, что подходы к лазерному окислению и структурированию достаточно надежны для использования в массовом производстве, а также для создания отдельных произведений искусства. Они продолжают разрабатывать метод наночастиц, чтобы сделать его более стабильным для повседневного использования. Исследователи также работают над увеличением количества металлов, к которым могут применяться методы.

По материалам phys.org