プリンターの多くの問題のいくつかを解決する方法としては完全に逆説的に思えるが、中国科学院化学研究所の研究者らは、透明インクを使用してフルスペクトルの色の画像を印刷する方法を考案した。
プリンターがなぜ問題を抱えているのかを理解するのに、環境科学者やエンジニアである必要はありません。プリンターに使用されている顔料やインクを製造するための化学プロセスは、必ずしも環境に優しいとは言えません。さらに、カラー印刷を頻繁に行う場合、カートリッジが完全に空になっていないように見えても、何度もインクカートリッジを交換しなければならないという問題もあります。残ったインクは一体どこへ行くのでしょうか？責任ある方法で廃棄されているのでしょうか？印刷業界には多くの疑問や懸念があり、研究者たちはカラー画像を作成するための代替手段を模索しています。
一つのアプローチは自然界からインスピレーションを得ています。蝶や孔雀などの生物は、微細構造を通した光の反射を巧みに操ることで、構造色と呼ばれるきらめく色彩を生み出します。2015年には、ミズーリ科学技術大学の研究者たちが、インクを使わないプリンターの代替技術を開発しました。レーザーで金属材料に無数の微細な穴を開けることで、構造色と同様の効果を生み出す微細構造を作り出し、目に見えるわずかな色域を実現しました。
しかし、最近発表された論文で、中国科学院のチームが構造色技術への新たなアプローチを詳述しています。このアプローチは、幅広い色域を再現でき、既存のプリンターハードウェアを利用できるため、実社会への応用においてはるかに有望視されています。家庭でよく使われているインクジェットプリンターは、サイズや色の異なる微小なインク滴を紙に噴射することでフルカラー画像を生成します。近くで見ると、色のついた点のパターンは完全にランダムに見えますが、遠くから見るとフルカラー画像が確認できます。
研究者たちはインクジェットプリンターを改造し、人間の目には透明に見える単一のポリマーインクのみを使用するようにした。ほとんどの液体を容易に吸収し、液体が広がったり滲んだりする紙の代わりに、疎水性表面を持つガラスを使用した。水性インクの液滴を塗布すると、インクは弾かれ、小さなドームのような構造を形成する。液体の表面張力とガラスの疎水性効果を利用することで、研究者たちはプリンターを改造し、様々なサイズと形状のマイクロドームを作製することができた。これは、実質的に何千もの微小なレンズで表面を覆うような構造である。
それぞれのマイクロドームは、その大きさと形状に応じて異なる波長の光を反射するため、人間の目には様々な色を認識させます。数千個を集積することで、紙にインクのドットが画像を形成するのと同じように（液晶画面のピクセルのように）、より大きなフルカラー画像を作成できます。ただし、この効果は一方向にしか作用しないため、印刷されたガラス片を反対側から見ると、インクは再び透明になります。将来的には、芸術的なデザイン、巨大な看板、あるいは鳥害対策など、高層ビル全体を内部からの視界を遮ることなく、画像で覆うことができるようになるかもしれません。
研究者たちは、マイクロドームの形状とパターン構造を慎重に操作することで、彩度、明度、そして生成される色のその他の側面を完全に制御できると考えています。しかし当面は、限られたカラーパレットで詳細かつ認識可能な画像を再現することに重点を置き、この新しいアプローチの可能性を実証しています。
この新しい構造色方式は、大規模な商業印刷会社で使用されているプリンターを含む既存の印刷機器との互換性に加え、単一のインクのみを使用するため、印刷コストの削減にも貢献する可能性があります。また、時間の経過とともに自然に退色する染料や顔料を使用する場合よりも、印刷物の寿命がはるかに長くなります。光が物理法則に従い続け、印刷されたマイクロドーム構造に何も影響を与えない限り、目に見える色は常に、印刷時と同じように鮮やかで彩度の高い状態を保ちます。
