「率先行動」成果展展項之引領技術變革的納米印刷

作者：王思（中國科學院化學研究所）

編者按

中國科學院是伴隨著新中國成立而誕生的我國自然科學最高學術機構，建院以來，它為我國科技進步、經濟社會發展和國家安全做出了不可替代的重要貢獻：

從「兩彈一星」到載人航天，從成功研製我國第一台計算機到曙光超算、龍芯晶元，從世界首例人工合成牛胰島素到首次證明誘導多能幹細胞，從鐵基超導刷新紀錄到量子通信，從北京正負電子對撞機到建成一系列大科學裝置……

在實施創新驅動發展戰略、建設創新型國家的新時期，中國科學院啟動實施了"率先行動"計劃，目前已經取得了一系列顯著的成果。

今年下半年，這些成果將以實體展項形式呈現在大家面前，在開展之前，讓我們先以文為媒，在大院里提前了解一下這些高大上的科學成果吧。

印刷術在我國具有源遠流長的歷史，與造紙術、指南針和火藥被稱為我國古代四大發明之一。畢昇發明的活字印刷術是中國人引以為自豪的成就，為人類文明的發展和文化傳播做出了巨大貢獻。2008年北京奧運會的開幕式上，也隆重地向世界展示了活字印刷術的魅力。

中國古代的活字印刷術（圖片來源於網路）

隨著科技的發展，印刷術也不斷進步和變革。尤其是上世紀八十年代，王選院士主持開發的漢字激光照排技術，將依賴「鉛與火」的古老印刷技術推進到「光與電」的新時代，推動了印刷技術的第二次革命。

近年來，納米科技備受矚目，被認為是新工業革命的主導技術之一。而納米科技與印刷技術的融合與創新，也給古老的印刷術帶來新的活力。

「納米印刷」已成為印刷領域新的焦點，正在引領新一輪的技術和產業變革。

納米綠色印刷（圖片來源於網路）

納米印刷：從「感光」到「非感光」的技術跨越

我們都知道，印刷是利用印版實現圖文信息批量複製的過程。

目前傳統的印刷製版方式主要是激光照排和計算機直接製版技術，它們都是基於感光成像的原理，使用化學藥水對膠片或印版進行顯影、沖洗後，才能在印版表面形成圖像區和空白區，這個過程有點類似傳統的膠捲照相。

不過，這會帶來嚴重的環境污染和資源浪費。因此，中國科學院化學研究所的研究人員發展了納米材料綠色列印製版技術。

受自然界中荷葉表面的微納米結構可以控制液滴在其表面浸潤和黏附的行為啟發，研究人員發現，通過列印納米材料控制印版表面的浸潤性，可在印版表面構建出清晰的親油（圖文）區與親水（空白）區。

納米材料綠色列印製版技術，就是將親油的納米粒子複合材料作為墨水，直接列印到具有微納米結構的超親水印版上，就形成了親油墨的圖文區（「1」區）和親水的空白區（「0」區），從而可以直接印刷。

納米版材表面的微納米結構可以實現可控的超親水與超親油特性，構建出高反差的浸潤性表面圖案，提高了印刷過程中印版的精度和油墨轉移的效率。

圖 納米印刷製版示意圖

正像數碼照相對膠捲照相的革命一樣，納米綠色製版技術完全避免了感光沖洗過程，實現了從原理性基礎研究到技術創新的重要突破，是目前最環保的印刷製版技術。

納米印刷的國內外發展趨勢

納米印刷因其突出的環保優勢和廣闊的發展前景引起國際印刷界的高度關注。

著名的蘭達公司創始人班尼·蘭達，被譽為數碼印刷之父，2012年也在被稱為世界印刷界奧斯卡的德魯巴國際印刷展上高調宣稱進軍納米印刷領域。

蘭達公司其中一款納米印刷機（圖片來源於網路）

國際著名印刷企業富士、東麗公司也主動和中科院化學所交流探討合作。

我國印刷行業在十三五發展規劃中，更將納米印刷列為重點發展的內容，這說明納米科技在印刷領域的應用已在國際印刷行業引起高度重視。

前景廣闊，從「綠色印刷」到「印刷製造」

實施綠色印刷，是印刷業當前和未來發展的重要任務。納米科技在印刷製版領域的應用，不僅為製版技術的發展提供了綠色環保的新方案，也為印刷產業鏈的綠色發展指了一條新路。

當前，印刷鋁版基普遍採用電解氧化鋁的粗放型製備方式，生產過程中會排放大量的廢酸、廢鹼，而納米「綠色版基」技術，是通過納米材料塗布技術，將功能性納米塗層材料直接塗布在未電解氧化的版基上，使印版性能達到印刷要求，是一種無需電解氧化的環保技術。

同樣，針對印刷油墨中大量使用溶劑型油墨而帶來的VOC（全稱：Volatile Organic Compoun，可揮發的有機化合物）排放問題，通過納米技術，可以實現顏料顆粒水性分散，從而製備出具有良好性能的綠色油墨，並最終形成涵蓋「綠色製版、綠色版基、綠色油墨」的完整的綠色印刷產業鏈技術，實現印刷產業的綠色化。

圖 納米綠色製版中心

納米科技與印刷技術的融合，不僅在傳統印刷的綠色發展中發揮作用，而且還將古老的印刷術拓展為先進的綠色製造平台技術，在電子、建材、印染等眾多領域都具有廣闊的發展空間。

以電子行業為例，中國是世界最大的印刷電路板生產國，傳統的電路板製造採用蝕刻工藝，一張覆銅板絕大部分的銅都要腐蝕掉，造成嚴重環境污染。而納米綠色印刷電子技術是利用金屬納米顆粒，藉助印刷技術實現電路的印製，完全避免了蝕刻工藝帶來的環境污染和材料浪費。

我們身邊的納米印刷都有哪些？

電子票卡是我們日常生活的必需品，從地鐵票、銀行卡到各種電子門卡等，這些都成為日常生活中不可或缺的部分。由於票卡生產數量達數百億張，帶來的刻蝕廢液的污染也不容小覷。因此，如何實現電子票卡的綠色製備至關重要。

納米印刷電子票卡內部的天線線圈採用綠色印刷工藝，可以在不同基材上直接印刷出高導電的電路，從源頭消除傳統蝕刻工藝造成的污染，並可大大減少碳排放。

目前，利用納米綠色印刷技術印製的電子門票已成功在全國科技活動周、北京APEC會議和地鐵票卡等得到應用。

電子票卡僅僅是納米綠色印刷技術應用的一個例子，太陽能電池、生物晶元也都可以通過印刷方式生產。隨著技術的進步，人們期望將來的電視機、甚至電腦等都可以像印報紙一樣快速印製。

圖 可印刷的柔性觸摸屏

同時，綠色印刷電子技術因柔性化、透明化、綠色化的特點，還將推動電子產品的輕、柔、薄和透明化，並更好地支撐物聯網、觸控顯示、生物晶元和可穿戴電子等戰略新興產業的發展。

相信在不久的將來，古老的印刷技術在納米科技的推動下，將作為一種先進的綠色製造技術，在眾多傳統產業改造和戰略新興產業發展中發揮出重要的作用，引領印刷新時代！

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