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纳米科技的到来,给印刷行业带来了翻天覆地的变化!


作者:本站收录 来源:科学出版社 2019-07-02 10:20:55 填写您的邮件地址,订阅我们的精彩内容:

摘要:纳米材料相关研究的兴起,不仅催生了许多新的学科与研究热点,对许多重要产业如印刷行业也产生很大的影响,也给印刷技术的发展带来了新的机遇。

关键词:印刷光子[0篇]  印刷芯片[0篇]  印刷电子[84篇]  纳米油墨[0篇]  

纳米材料相关研究的兴起,不仅催生了许多新的学科与研究热点,对许多重要产业如印刷行业也产生很大的影响,也给印刷技术的发展带来了新的机遇。

近年来纳米材料的创新研究和应用,不仅推动了绿色版材、绿色制版和绿色油墨的绿色印刷全产业链技术的形成, 而且大大促进了印刷电子、印刷光子和印刷芯片的发展。

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纳米绿色版材与绿色制版

传统印刷制版都是基于感光成像的原理,需要使用不同的感光材料。感光材料在显影、定影和冲洗过程中,还要用到许多化学材料和试剂,会产生大量的废液污染。而纳米材料绿色制版技术摒弃了传统感光成像的思路,通过开发新型纳米转印材料,直接打印制版,实现了真正的印刷制版数字化。

“非感光、无污染、低成本”是纳米材料绿色制版技术的三大特点。这项绿色、节能的技术成为取代激光照版和计算机直接制版技术的前沿印刷制版技术,使用纳米绿色制版的成本是传统版材涂布成本的20%。

从应用的效果来看,印刷品成品锐利度更高、文字更清晰,色彩丰富。不需感光成像、不会污染环境、印刷流程缩短......

近日,由我国自主研发的纳米材料绿色制版印刷技术在中国科学院怀柔科教产业园纳米材料绿色打印印刷技术产业化基地开始运用于国家正式出版物,这标志着该项技术已经正式从实验研发走向市场商业化运用。

纳米材料绿色制版技术

纳米材料绿色制版技术以“加法原理”实现高效快速、清洁环保的制版过程。

简单来说,这种纳米材料绿色制版技术是以喷墨打印技术为基础,在亲水的空白基材上打印亲油墨的图文区域,即将特制的纳米复合转印材料通过直接制版设备精确打印在具有微纳米结构的超亲水版基上,利用纳米材料对界面性质的调控,在版材表面形成具有相反浸润性的微区(亲油的图文区和亲水的非图文区),从而实现直接制版印刷(图2)。

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图2 纳米材料绿色制版技术

总结

纳米绿色版材是将新型功能纳米材料通过特定工艺均匀涂布在未经电化学处理的基板表面,使金属版材在具有合适的粗糙度的同时,又具有良好的吸墨性和耐磨性,实现传统版材所具备的高耐印力和保水性等印刷要求,是真正意义上的绿色版材。

纳米绿色版材的生产工艺简单,将纳米涂布液涂布在铝版材表面,烘干后就得到纳米绿色版材。

纳米材料绿色制版技术要发展成为一项可行的应用技术,还必须考虑印版的实际应用要求,如分辨率、耐印力等。

为满足印版高分辨率的要求,通过对印版表面进行纳米结构处理,实现了版材的超亲水性,并通过有效调控转印材料在超亲水版材表面的扩展和浸润行为,实现了图文区域浸润性从超亲水到超亲油的转变,从而保证印版图文区与非图文区形成清晰的界面,使印版具有很高的分辨率 (图3)。

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图3 用于绿色打印制版技术的无机纳米复合材料示意图及印刷的样品

纳米油墨

油墨是印刷过程的关键材料之一,其各方面的性能会影响印刷品的质量,因而改善油墨性能对提高印刷效果具有重要作用。随着对环保性和油墨本身要求的提高,环保型油墨、高纯度和高细度油墨将得到长足的发展。基于纳米材料的多种特性,油墨中加入纳米粒子等纳米材料不仅可以显著提高油墨的耐紫外性、耐候性、着色性等,而且将极大地推动功能油墨的发展,可望给油墨产业带来巨大的变革。而以水性油墨为代表的环保油墨的发展,更将对绿色印刷产业链的形成具有深远的意义。

由于纳米粒子具有很大的比表面积,能大大改善颜料的亲油性和可润湿性,并能保证整个油墨分散系的稳定。所以添加有纳米粒子的纳米油墨,其印刷适性会得以提高。

纳米材料与印刷油墨结合,可制备粒径小、细度高的油墨。纳米颜料用量少、光泽好、成膜均匀、印刷图像清晰。此外,纳米油墨具有耐水、耐磨、穿透性佳等优点。例如,添加特定纳米粒子的纳米油墨来印刷彩色印刷品,印刷品层次会更丰富,图像细节表现能力也会大大提升。

印刷电子

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,造成严重环境污染。同时,电子产品向微型化、轻薄型、透明化发展的趋势,对电子产品的制造提出了更多新的要求。传统蚀刻工艺因在柔性基材的应用限制以及生产工艺复杂、成本高昂等局限,而纳米绿色印刷技术则避免了蚀刻工艺带来的环境污染和材料浪费,以其快速、大面积、精确可控等优点,成为制造电子产品极具前景的重要发展方向,将推动和支撑物联网、触控显示、生物芯片和可穿戴电子等众多战略新兴产业的发展。目前,利用纳米绿色印刷技术印制的电子票卡已成功在北京APEC会议和地铁票卡等得到应用,并主持起草了我国提出的第一个国际印刷电子标准。

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印刷光子

人们通常看到的色彩主要靠染料或颜料产生,但染料的生产和使用会产生严重污染,而我国染料产量占全球产量的近70%。纳米绿色印刷技术团队通过纳米粒子的可控制备,开发了光子晶体结构色的规模生产技术,通过控制纳米颗粒的尺寸使材料对可见光的选择性反射和衍射而呈现不同色彩,有望从根本上解决染料生产和使用过程的严重污染问题,在包装、显示、装饰和防伪等领域具有广阔的应用前景。利用纳米印刷技术还可以实现其在高效发光、高灵敏检测芯片等领域的应用。

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印刷芯片

芯片制造是我国面临的卡脖子技术之一。纳米绿色印刷技术突破了传统印刷技术精度(通常在10微米量级)和材料种类的局限,可以在硅片上印刷出10纳米量级的超高精度导电线路,可望突破传统的蚀刻工艺,发展出一条全新的、具有自主知识产权的芯片制造技术路线。

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