光学材料在许多现代应用中都是必不可少的，但控制材料表面反射光线的方式成本高昂且困难重重。在最近的一项研究中，来自日本的研究人员发现了一种使用等离子体调整铅笔芯样品反射光谱的简单且低成本的方法。他们的技术使他们能够生产出具有各种结构颜色的铅笔芯，甚至可以打印出只有使用红外摄像机才能看到的隐形字符。

利用等离子体将铅笔芯重新用作光学材料

通过以可预测的方式与光相互作用，光学材料为各种现代技术铺平了道路，从工业传感、有机发光二极管或 OLED 显示器、电信到癌症治疗。在许多这些应用中，控制这些材料吸收和反射的光的频率至关重要。

然而，光学材料的一个迫切问题是其成本相对较高。为了确保其正常运作，光学材料通常需要复杂的制造步骤和严格的质量控制过程。

此外，研发工作也往往花费不菲，尤其是对于更小众的应用而言。除此之外，目前光学材料对稀土元素等稀缺物质的过度依赖意味着其生产从长远来看是不可持续的。

为此，信州大学纺织工学部应用生物学系的森胁宏司教授和纺织工学部先进纺织与感性工学系的小山翔平副教授一直在努力寻找突破口。他们的研究小组在过去几年中一直在研究铅笔芯这种最简单、最普遍的材料作为光学材料的潜在用途。

在他们发表在《光学材料》上的最新研究中，他们报告了可能彻底改变该领域的最新突破。

但如何将铅笔芯转化为有用的光学材料呢?答案可以归结为一个词：等离子体，一种带电的气态。

“我们之前曾报告说，通过用等离子体照射铅笔芯，可以控制可见光范围内光的反射，并产生各种‘结构色’。这些结构色的形成是由于一种被称为薄层干涉的现象，粘土和石墨是铅笔芯的两个主要成分，” Moriwaki 教授解释说，

“在提出的方法中，通过等离子蚀刻去除铅笔芯表面的石墨，从而暴露出下面的粘土，粘土起到薄层的作用。”

基于这些先前的研究成果，研究人员研究了较长时间的等离子体辐射对铅的影响。为此，他们准备了铅笔芯样品，并将其放入等离子体室中，放置时间从 10 秒到 3 分钟不等。之后，他们测量了样品反射光谱的变化，即每个经过处理的样品反射入射光的强度根据其频率

研究人员发现，长时间用等离子体照射铅笔芯会产生一种新型光学材料，这种材料会在近红外和中红外范围内产生干涉，而这些范围低于可见光的波长区域。这是由于等离子蚀刻暴露出的粘土层厚度较大。

为了展示其技术的显著应用，该团队在铅笔芯板的表面上蚀刻了字母和数字，这样只有在使用红外摄像机时才能看到这些符号。

总体而言，这项研究暗示了一种以低得多的价格生产光学材料的全新且令人兴奋的方法。“这项研究的目的是建立一种方法，利用铅笔芯等旧材料并将其转化为新的光学材料，”Moriwaki 教授说。

“我们的方法仅使用铅笔芯作为起始材料，非常环保。如果这种策略可以应用于打印机以开发全新的可持续打印技术，那就太好了。”

研究人员希望这些努力将带来更便宜的光学材料，甚至新的打印方法。