Струйная печать функционализированными наночастицами — технология, которая набирает обороты в последние годы. Благодаря целому ряду преимуществ — отсутствию токсичности, высокому показателю преломления и другим — люминесцентные наночастицы находят все большее применение в таких областях, как фотоника, тераностика, биоимиджинг (визуализация опухолей и поврежденных участков клетки с помощью биосенсоров и люминесцентных наночастиц), а также в технологиях защищенной полиграфии (security printing). Однако, чтобы сохранить свойства препаратов, полученных в лабораториях, и запустить их в (серийное) производство, необходимо преодолеть целый ряд проблем, связанных с потерей функциональности и снижением устойчивости данных структур при длительном хранении.
В своей работе группа исследователей Университета ИТМО разработала технологию адаптации препаратов, синтезированных на основе наночастиц диоксида циркония, допированного европием, таким образом, чтобы они были применимы для струйной печати. В основе технологии — многоступенчатый процесс, в результате которого ученые смогли получить универсальные чернила и экспериментально показать их применение для создания светящихся голографических изделий с повышенной степенью защиты.
«Диоксид циркония, допированный европием, — это материал, который исследователи по всему миру изучают и применяют уже несколько десятков лет. Новизна нашей работы заключается в том, что мы впервые использовали его для защиты поверхности радужных голограмм. Перед нами стояла задача осуществить синтез и сохранить начальные свойства полученных объектов, транслировав их в объекты предпромышленного производства чернил для струйной печати. Чтобы это сделать, во-первых, частицы, из которых состоит материал, должны быть определенного, близкого к одинаковому размера. Сильные ограничения накладывают и реологические параметры - то, насколько материал текуч:от этого зависит возможность использования его для печати на струйном принтере. Наша цель заключалась в том, чтобы поэтапно преодолеть все эти сложности и в итоге превратить материал, синтезированный в пробирке, в устойчивый коллоидный раствор, которым можно было бы печатать и наносить на любые поверхности. Процесс создания таких функциональных покрытий мы и отразили в нашей работе», — комментирует Александр Виноградов, один из авторов исследования, директор химико-биологического кластера Университета ИТМО.
В Университете ИТМО уже не первый год занимаются разработкой технологий струйной печати оптических наноструктур. Исследования ведутся в рамках проекта Российского научного фонда. Ранее специалисты химико-биологического кластера университета разработали первый в мире способ печати голографических изображений с помощью струйного принтера. В качестве чернил тогда ученые использовали наночастицы диоксида титана. С помощью нового покрытия исследователям удалось создать светящуюся радужную голограмму.
Одна из перспективных областей применения новых чернил на основе наночастиц диоксида циркония, допированного европием, — индустрия security printing (изготовление полиграфическим способом банкнот, ценных бумаг и других документов, нуждающихся в защите от подделок). В отличие от существующих технологий, такой метод позволяет производить индивидуальные объекты, создавать их поштучно, избегая повторения, — например, нанести определенный рисунок или последовательность чисел на документы, предназначенные для конкретного пользователя, добавляет Александр Виноградов.
Как отмечают авторы исследования, разработка готова к использованию: ряд компаний проявили интерес к представленным материалам, ведутся переговоры о коммерциализации. Полученные чернила на основе наночастиц диоксида циркония, допированного европием, подойдут под существующие серии печатных головок и могут применяться в аппаратах и печатных машинах на действующих производствах.
Статья: Aleksandra Furasova, Vladimir Ivanovski, Aleksandr V. Yakovlev, Valentin Milichko, Vladimir V. Vinogradov, Alexandr Vinogradov, Inkjet Fabrication of highly efficient luminescent Eu-Doped ZrO2 Nanostructures, Nanoscale, 2017, DOI: 10.1039/C7NR03175K
