光学材料在许多现代应用中都是必不可少的，但控制材料在其表面反射光线的方式既昂贵又困难。现在，在最近的一项研究中，来自日本的研究人员发现了一种简单而低成本的方法，可以使用等离子体调节铅笔芯样品的反射光谱。他们的技术使他们能够生产出各种结构颜色的铅笔芯，甚至可以打印出只有用红外摄像机才能看到的隐形字符。

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，有机发光二极管或有机发光二极管显示器，到电信甚至癌症治疗。在许多这样的应用中，控制这些材料吸收和反射的光的频率是必不可少的。

然而，光学材料的一个紧迫问题是其相对较高的成本。为了确保其正常工作，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，研究和开发工作也往往是昂贵的，特别是对于更小众的应用程序。最重要的是，目前光学材料对稀土元素等稀缺物质的过度依赖，意味着它们的生产从长远来看是不可持续的。

为此，信州大学纺织科学与技术学院应用生物系的Hiroshi Moriwaki教授和纺织科学与技术学院先进纺织与Kansei工程系的副教授Koyama Shouhei一直在努力寻找突破口。在过去的几年里，他们的研究小组一直在研究铅笔芯作为光学材料的潜在用途，铅笔芯是最简单、最广泛使用的材料之一。他们的最新研究于2024年7月9日在线发布，并于2024年8月1日发表在《光学材料》杂志上，他们报告了一项可能彻底改变这一领域的最新突破。

但是如何把铅笔芯变成有用的光学材料呢?答案可以归结为一个词:等离子体，一种带电的气态。“我们之前报道过，通过用等离子体照射铅笔芯，可以控制可见光范围内的光反射，并产生各种‘结构色’。这些结构颜色的形成是由于粘土和石墨之间的薄层干涉现象，这是铅笔芯的两个主要成分，”Moriwaki教授解释说，“在提出的方法中，通过等离子蚀刻从铅笔芯表面去除石墨，暴露了下面的粘土，它作为薄层。”

在这些先前发现的基础上，研究人员调查了较长时间等离子体辐照对铅的影响。为此，他们准备了铅笔芯样品，并将它们放置在等离子体室中不同的时间，从10秒到3分钟多不等。之后，他们测量了样品反射光谱的变化，也就是说，每个处理过的样品反射入射光的强度取决于其频率。

研究人员发现，用等离子体长时间照射铅笔芯会产生一种新型的光学材料，这种材料会在近红外和中红外范围内产生干扰，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的粘土层厚度较大。为了展示他们的技术的一个显著应用，该团队在铅笔芯板的表面蚀刻字母和数字，只有在使用红外摄像机时才能看到这些符号。

总的来说，这项研究暗示了一种新的、令人兴奋的方法，可以以更低的价格生产光学材料。森崎教授强调说:“这项研究的目的是建立一种利用铅笔芯等旧材料转化为新型光学材料的方法。”“我们的方法只使用铅笔芯作为起始材料，非常环保。如果这一策略可以应用于印刷商，以开发全新的、可持续的印刷技术，那将是非常棒的。”

如果运气好的话，这些努力将带来更实惠的光学材料，甚至可能是新的打印方法!