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纳米材料撬动新天地 改善中国污染产业

来源:中国新闻出版广电报 作者:宋延林 发布时间:2016-03-22 11:56
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  □宋延林

采用纳米技术印刷的限量版电子票卡在北京APEC会议上得到应用。

印刷技术和纳米材料的结合,给印刷业提供了广阔的发展空间。印刷业要有自信,要相信自己有能力治理行业中已经存在的问题,并通过印刷技术和新科技的结合,把纳米印刷技术推广到其他行业中,改善中国污染产业。

从减法到加法

印刷人自豪的事情之一就是印刷术的发明,其推动着中国甚至世界文明的发展。印刷术从原理上来讲有两个阶段,一个是物理成像阶段,一个是化学成像阶段。活字印刷是基于物理成像,而激光照排则是感光化学和照相技术发展以后的曝光成像。

用一个形象的比喻来描述,可以将印刷与吃饭做类比。第一个阶段是“有饭吃”,活字印刷就解决了这个问题,其出现使得图书的发行开始普及。第二个阶段是“吃得好”,即激光照排技术出现之后,传统的黑白印刷可以变成彩色印刷。那么现在应该往哪个方向发展呢?应该是“吃得健康”,就是要绿色化。无论是活字印刷还是激光照排,都是一个做减法的过程。比如激光照排,与传统胶卷照相的过程类似,首先把要印的图像曝光在感光胶片上,再经过冲洗得到最终的成像。其中感光和冲洗过程都会产生非常大的污染。可不可能把减法的过程变成加法的过程呢?纳米材料对表面亲水、亲油性的控制,就可以很好地解决这个问题。

想要做加法,其中也涉及一些难题。第一个问题是图文区和空白区的反差大,这就需要通过纳米材料使图文区亲油,使空白区亲水。第二个问题就是普通的墨水打到印版上很快就会磨掉,如何提高耐用率也需要靠纳米材料解决。到现在,这种加法的应用实际上是改变了感光成像,从原理上讲这是最环保的技术。

创新生产方式

进一步说,如果把印刷技术和纳米材料结合起来,可以改变很多传统体量大、污染和消耗严重的生产方式。比如,生活中大部分色彩来源于颜料和染料。我国印染业具有世界第一的产量,但生产过程中,生产1吨染料会产生700吨废水,每吨染料废水又将污染20吨洁净水体,可见其污染非常严重。但是通过纳米技术,就可以从根本上解决生产制造过程的污染问题。比如漂亮的蝴蝶,它的色彩不是靠色素呈现出来的,而是靠纳米结构产生的,如果能把它打印出来,就可以解决印染行业的污染问题。

事实上,这是一种光学半导体。全世界科学家都在研究它,谁能把它批量化、工业化生产出来,这是全世界面临的挑战。但我们解决了这个,通过合成不同的纳米颗粒,控制纳米颗粒的尺寸可以得到不同的颜色。这种颜色不会褪色,光泽也非常好。这项技术解决之后,能够提供一种新型的智能化包装的材料。如宝洁公司每年的销售额是840亿美元,其中160亿美元花在包装上,但是通过光子晶体材料可以同样达到漂亮的炫彩效果,以原来1/5的价格就能制作出现在这样的包装瓶。

解开国际难题

在信息技术里,有一个基本的单元叫印刷电路板,在感光胶片上经过曝光、蚀刻,留下所需要的。但这个过程中80%以上的铜会被腐蚀掉,腐蚀后排到地下,会严重破坏生态环境。但如果把这些金属做成纳米颗粒,做成导电的油墨,通过印刷形成电路,是不是能实现?已经有事例证明。在2014年APEC期间,会场6个门卡里所有电线和电路就是通过纳米技术制造出来的,这是中国科学家对纳米技术进步的贡献。

能够做出来,为什么没有早一点?实际上它是一个国际性的科技难题。其中一个就是咖啡环效应,咖啡在固体上扩散的时候会形成一个扩散的环,中间形成空心,就会造成密度不均匀。墨滴的扩散避免不了咖啡环效应,通常认为从打印机喷孔出来的墨点会比喷孔要大,因为它是一个扩散的过程,但是我们用商业打印机打出了比喷孔小一个数量级的墨点,这就是一个非常大的突破。做世界上最小的点、最细的线、最平的面,是我们的希望,而且要提出绿色印刷三大定律,只需要计算,不用做实验就能知道结果是什么。

现在的印刷不是传统的印书印报的概念,而是先进的绿色的制造方式,它不仅能解决传统产业的污染问题,而且可以解决众多行业的难题。关键是要有向外看的眼光,不能封闭,要相信中国人有可能在这个领域再为世界做出更大的贡献。

(作者系中国科学院化学研究所绿色印刷重点实验室主任)

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