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"率先行动"成果展展项之引领技术变革的纳米印刷

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文章出处:未知责任编辑:admin人气:-发表时间:2017-08-02 15:15

       近年来,纳米科技备受瞩目,被认为是新工业革命的主导技术之一。而纳米科技与印刷技术的融合与创新,也给古老的印刷术带来新的活力。

出品:科学大院

作者:王思(中国科学院化学研究所)

监制:中国科学院计算机网络信息中心 中国科普博览

编者按

       中国科学院是伴随着新中国成立而诞生的我国自然科学最高学术机构,建院以来,它为我国科技进步、经济社会发展和国家安全做出了不可替代的重要贡献:

       从“两弹一星”到载人航天,从成功研制我国第一台计算机到曙光超算、龙芯芯片,从世界首例人工合成牛胰岛素到首次证明诱导多能干细胞,从铁基超导刷新纪录到量子通信,从北京正负电子对撞机到建成一系列大科学装置……

      在实施创新驱动发展战略、建设创新型国家的新时期,中国科学院启动实施了"率先行动"计划,目前已经取得了一系列显著的成果。

     今年下半年,这些成果将以实体展项形式呈现在大家面前,在开展之前,让我们先以文为媒,在大院里提前了解一下这些高大上的科学成果吧。

    印刷术在我国具有源远流长的历史,与造纸术、指南针和火药被称为我国古代四大发明之一。毕升发明的活字印刷术是中国人引以为自豪的成就,为人类文明的发展和文化传播做出了巨大贡献。2008年北京奥运会的开幕式上,也隆重地向世界展示了活字印刷术的魅力。

中国古代的活字印刷术(图片来源于网络)

       随着科技的发展,印刷术也不断进步和变革。尤其是上世纪八十年代,王选院士主持开发的汉字激光照排技术,将依赖“铅与火”的古老印刷技术推进到“光与电”的新时代,推动了印刷技术的第二次革命。

       近年来,纳米科技备受瞩目,被认为是新工业革命的主导技术之一。而纳米科技与印刷技术的融合与创新,也给古老的印刷术带来新的活力。

     “纳米印刷”已成为印刷领域新的焦点,正在引领新一轮的技术和产业变革。

纳米绿色印刷(图片来源于网络)

纳米印刷:从“感光”到“非感光”的技术跨越

      我们都知道,印刷是利用印版实现图文信息批量复制的过程。

     目前传统的印刷制版方式主要是激光照排和计算机直接制版技术,它们都是基于感光成像的原理,使用化学药水对胶片或印版进行显影、冲洗后,才能在印版表面形成图像区和空白区,这个过程有点类似传统的胶卷照相。

     不过,这会带来严重的环境污染和资源浪费。因此,中国科学院化学研究所的研究人员发展了纳米材料绿色打印制版技术。

     受自然界中荷叶表面的微纳米结构可以控制液滴在其表面浸润和黏附的行为启发,研究人员发现,通过打印纳米材料控制印版表面的浸润性,可在印版表面构建出清晰的亲油(图文)区与亲水(空白)区。

     纳米材料绿色打印制版技术,就是将亲油的纳米粒子复合材料作为墨水,直接打印到具有微纳米结构的超亲水印版上,就形成了亲油墨的图文区(“1”区)和亲水的空白区(“0”区),从而可以直接印刷。

     纳米版材表面的微纳米结构可以实现可控的超亲水与超亲油特性,构建出高反差的浸润性表面图案,提高了印刷过程中印版的精度和油墨转移的效率。

     正像数码照相对胶卷照相的革命一样,纳米绿色制版技术完全避免了感光冲洗过程,实现了从原理性基础研究到技术创新的重要突破,是目前最环保的印刷制版技术。

     纳米印刷的国内外发展趋势

     纳米印刷因其突出的环保优势和广阔的发展前景引起国际印刷界的高度关注。

著名的兰达公司创始人班尼·兰达,被誉为数码印刷之父,2012年也在被称为世界印刷界奥斯卡的德鲁巴国际印刷展上高调宣称进军纳米印刷领域。

国际著名印刷企业富士、东丽公司也主动和中科院化学所交流探讨合作。

我国印刷行业在十三五发展规划中,更将纳米印刷列为重点发展的内容,这说明纳米科技在印刷领域的应用已在国际印刷行业引起高度重视。

前景广阔,从“绿色印刷”到“印刷制造”

实施绿色印刷,是印刷业当前和未来发展的重要任务。纳米科技在印刷制版领域的应用,不仅为制版技术的发展提供了绿色环保的新方案,也为印刷产业链的绿色发展指了一条新路。

当前,印刷铝版基普遍采用电解氧化铝的粗放型制备方式,生产过程中会排放大量的废酸、废碱,而纳米“绿色版基”技术,是通过纳米材料涂布技术,将功能性纳米涂层材料直接涂布在未电解氧化的版基上,使印版性能达到印刷要求,是一种无需电解氧化的环保技术。

同样,针对印刷油墨中大量使用溶剂型油墨而带来的VOC(全称:Volatile Organic Compoun,可挥发的有机化合物)排放问题,通过纳米技术,可以实现颜料颗粒水性分散,从而制备出具有良好性能的绿色油墨,并最终形成涵盖“绿色制版、绿色版基、绿色油墨”的完整的绿色印刷产业链技术,实现印刷产业的绿色化。

纳米科技与印刷技术的融合,不仅在传统印刷的绿色发展中发挥作用,而且还将古老的印刷术拓展为先进的绿色制造平台技术,在电子、建材、印染等众多领域都具有广阔的发展空间。

以电子行业为例,中国是世界最大的印刷电路板生产国,传统的电路板制造采用蚀刻工艺,一张覆铜板绝大部分的铜都要腐蚀掉,造成严重环境污染。而纳米绿色印刷电子技术是利用金属纳米颗粒,借助印刷技术实现电路的印制,完全避免了蚀刻工艺带来的环境污染和材料浪费。

我们身边的纳米印刷都有哪些?

电子票卡是我们日常生活的必需品,从地铁票、银行卡到各种电子门卡等,这些都成为日常生活中不可或缺的部分。由于票卡生产数量达数百亿张,带来的刻蚀废液的污染也不容小觑。因此,如何实现电子票卡的绿色制备至关重要。

纳米印刷电子票卡内部的天线线圈采用绿色印刷工艺,可以在不同基材上直接印刷出高导电的电路,从源头消除传统蚀刻工艺造成的污染,并可大大减少碳排放。

目前,利用纳米绿色印刷技术印制的电子门票已成功在全国科技活动周、北京APEC会议和地铁票卡等得到应用。

电子票卡仅仅是纳米绿色印刷技术应用的一个例子,太阳能电池、生物芯片也都可以通过印刷方式生产。随着技术的进步,人们期望将来的电视机、甚至电脑等都可以像印报纸一样快速印制。

同时,绿色印刷电子技术因柔性化、透明化、绿色化的特点,还将推动电子产品的轻、柔、薄和透明化,并更好地支撑物联网、触控显示、生物芯片和可穿戴电子等战略新兴产业的发展。

相信在不久的将来,古老的印刷技术在纳米科技的推动下,将作为一种先进的绿色制造技术,在众多传统产业改造和战略新兴产业发展中发挥出重要的作用,引领印刷新时代!

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