不用感光沖洗，也不產(chǎn)生廢水廢液，報(bào)紙、書籍的版樣就可以打印出來(lái);電腦、手機(jī)的線路板，不用刻蝕，同樣也可以輕松打印出來(lái)。這些看似神奇的技術(shù)，在科研人員的努力下已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。
在位于北京懷柔的中科院化學(xué)所產(chǎn)業(yè)化基地，我們現(xiàn)場(chǎng)感受了納米綠色印刷技術(shù)的神奇魅力。只見(jiàn)， 生產(chǎn)車間里擺放著幾臺(tái)看似不起眼的制版機(jī)，工作人員們正將一張鋁板放進(jìn)其中的一臺(tái)機(jī)器內(nèi)，不到3分鐘，一張印版就從機(jī)器尾端出來(lái)了。沒(méi)有刺鼻的化學(xué)藥水味，沒(méi)有排污的管道，甚至沒(méi)有大的噪音，整個(gè)報(bào)紙、雜志的制版過(guò)程就在不到10平方米的空間里輕而易舉地完成了。
分辨率高、節(jié)能環(huán)保、成本低，納米綠色印刷技術(shù)正以其顯著的優(yōu)勢(shì)對(duì)傳統(tǒng)印刷產(chǎn)業(yè)和印刷電路板行業(yè)進(jìn)行著革命性改變，也將給我們的工作和生活帶來(lái)很多改變。
綠色制版印刷樣張。
1、傳統(tǒng)的激光照排相當(dāng)于“膠片照相機(jī)”，計(jì)算機(jī)直接制版技術(shù)如同“拍立得”，納米綠色制版技術(shù)就像是“數(shù)碼相機(jī)”。
5年前，在深刻意識(shí)到傳統(tǒng)印刷產(chǎn)業(yè)鏈存在嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題之后，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所研究員宋延林帶領(lǐng)他的團(tuán)隊(duì)開(kāi)始進(jìn)行綠色制版技術(shù)的中試研究。
納米綠色印刷制造的核心理念是將納米材料和印刷技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)印刷產(chǎn)業(yè)的綠色化、功能化、立體化和器件化。傳統(tǒng)印刷制版的原理是感光成像、化學(xué)顯影，而綠色印刷制版技術(shù)是利用納米材料制作出特殊的板材和墨水，直接打印使印版表面呈現(xiàn)出親水的空白區(qū)和親墨的圖文區(qū)，就可以直接印刷了。
“簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，納米材料綠色制版的原理就是在親水的版材上打印出親油的圖文區(qū)，通過(guò)親油和親水的差異形成圖文區(qū)和空白區(qū)的差別。制版的版材本身是親水性質(zhì)，這使它不沾染油性的油墨;而印刷品上的圖文區(qū)，則打印上親油的納米材料。這樣，印版上機(jī)印刷時(shí)，打印有親油納米材料的區(qū)域就得到圖片和文字，而沒(méi)有打印的區(qū)域還是空白一片。”宋延林進(jìn)一步解釋。
激光照排技術(shù)需要兩次曝光顯影，過(guò)程繁瑣，而且使用的顯影、定影液等化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生大量污染。即使目前最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)直接制版技術(shù)(ctp)，也需要感光預(yù)涂層和化學(xué)處理過(guò)程。印刷油墨中所用的溶劑主要是芳香烴類、酯類、酮類、醚類等，印刷干燥后約70%—80%的溶劑直接揮發(fā)到空氣中;油墨中的重金屬等有害成分還存在嚴(yán)重的健康和食品安全隱患。
新的納米綠色印刷技術(shù)則完全不需要暗室和曝光過(guò)程，也不產(chǎn)生廢水和廢液，成本還比傳統(tǒng)激光照排制版便宜1/3以上。對(duì)此，宋延林做了形象的比喻：“通俗地講，傳統(tǒng)的激光照排相當(dāng)于‘膠片照相機(jī)’，較先進(jìn)的計(jì)算機(jī)直接制版技術(shù)相當(dāng)于‘拍立得’，而納米綠色制版技術(shù)就像是‘數(shù)碼相機(jī)’。”
2、用納米涂層取代原來(lái)電解氧化的過(guò)程，用納米材料打印制備代替曝光成像，用水性墨代替油性墨，從源頭解決印刷產(chǎn)業(yè)鏈中80%以上的污染。
根據(jù)統(tǒng)計(jì)，2013年中國(guó)印刷行業(yè)總產(chǎn)值達(dá)10398.5億元，但也產(chǎn)生了大量的感光廢液、有害溶劑和版基電解廢液。同樣，傳統(tǒng)的印刷電路板行業(yè)也對(duì)環(huán)境產(chǎn)生巨大污染，生產(chǎn)廢液中含大量重金屬離子，嚴(yán)重污染環(huán)境。宋延林認(rèn)為，納米綠色印刷制造技術(shù)可以從源頭防止這些污染的產(chǎn)生。“針對(duì)印刷產(chǎn)業(yè)鏈制版、版基和油墨的生產(chǎn)使用過(guò)程中產(chǎn)生的三大污染，納米綠色印刷技術(shù)用納米涂層取代原來(lái)電解氧化的過(guò)程，用納米材料打印制備代替曝光成像，用水性墨代替油性墨。這樣的綠色印刷技術(shù)體系可以解決印刷產(chǎn)業(yè)鏈中80%以上的污染。”宋延林說(shuō)。
據(jù)測(cè)算，納米綠色印刷制造技術(shù)全面推廣以后，全國(guó)每年可減排上萬(wàn)噸有機(jī)溶劑、數(shù)百萬(wàn)噸廢液和廢水，節(jié)約數(shù)百噸銀和數(shù)萬(wàn)噸銅等金屬。“不同納米結(jié)構(gòu)有不同的性質(zhì)，比如親水性和親油性，我們找到了納米結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)控制的規(guī)律。”宋延林說(shuō)，將版基材料制成超親水性結(jié)構(gòu)，再在上面打印超親油性的納米轉(zhuǎn)印材料，制出的印版印刷清晰度也會(huì)大幅提高。
科研人員還通過(guò)打印出目前最小的、只含一個(gè)納米粒子的墨點(diǎn)，再由這樣的墨點(diǎn)連成最細(xì)的線，形成平整的面，攻克了納米顆粒通過(guò)印刷方式形成高精度圖案的難題。由于納米材料綠色印刷電路技術(shù)具有價(jià)廉、靈活制備柔性電路的優(yōu)勢(shì)，因此能提升傳統(tǒng)印制電路板行業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)水平。尤為重要的是，目前電路板制造采用蝕刻工藝，一張覆銅板90%左右的銅都要腐蝕掉，并造成嚴(yán)重環(huán)境污染。“我們利用金屬納米顆粒，通過(guò)打印印刷的方式做這件事情，就可以避免污染環(huán)境和材料浪費(fèi)。”宋延林說(shuō)。
3、除了印刷書籍、報(bào)紙、雜志，還可打印靈敏度更高的地鐵車票，未來(lái)或許會(huì)打印手機(jī)、電腦、電視屏幕，卷起來(lái)就能帶走。
除了印刷書籍、報(bào)紙、雜志，納米印刷還可以生產(chǎn)靈敏度更高的電子票卡。宋延林介紹：“我們使用的地鐵票里面就有芯片和電路。目前，印制地鐵票電路的技術(shù)已全面通過(guò)考核，在從根本上消除污染的同時(shí)，還大大降低了成本。”據(jù)介紹，新技術(shù)印刷的車票除靈敏度高等優(yōu)勢(shì)外，更具環(huán)保效益。現(xiàn)有的車票很難回收利用，而應(yīng)用納米綠色印刷技術(shù)制造的車票可以重新打漿，紙漿和金屬通過(guò)重力分離，絕大部分材料可以回收再利用。“這項(xiàng)技術(shù)我們還在繼續(xù)改進(jìn)，像身份證等各種證件將來(lái)也可以通過(guò)印刷制備出來(lái)。”宋延林說(shuō)。
在宋延林的眼中，納米材料綠色印刷制造技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用前景，是對(duì)多個(gè)傳統(tǒng)行業(yè)制造技術(shù)的革命，也將催生很多戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)。這項(xiàng)技術(shù)發(fā)展成熟后，可以應(yīng)用在電子紙、電子服裝、物聯(lián)網(wǎng)、柔性顯示、電子裝飾、太陽(yáng)能電池、照明導(dǎo)線、傳感器等諸多產(chǎn)業(yè)。目前，納米綠色印刷技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了在塑料、紡織面料和玻璃、陶瓷等多種材料上的圖案打印，可以解決傳統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程的高污染和高能耗問(wèn)題。“也許將來(lái)手機(jī)、電腦、電視屏幕都可以打印出來(lái)，卷起來(lái)就能帶走。”宋延林說(shuō)，“我們這個(gè)以印刷為開(kāi)端的改變中國(guó)產(chǎn)業(yè)污染現(xiàn)狀的技術(shù)，能延伸的領(lǐng)域極廣，這將是一場(chǎng)新的技術(shù)革命。”


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