文 /宋延林

發(fā)展綠色印刷已經(jīng)成為全行業(yè)的共識(shí)，在各方共同努力下，通過產(chǎn)學(xué)研緊密合作，相信在不久的將來，印刷技術(shù)將作為一種共性的制造平臺(tái)技術(shù)，在眾多傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮重要作用。

印刷術(shù)為人類文明的發(fā)展和傳播做出了巨大貢獻(xiàn)，也是我國國民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。然而，印刷產(chǎn)業(yè)近年來遇到了巨大的環(huán)保壓力。其中版材生產(chǎn)的電解廢液和廢渣、制版過程中的感光沖洗廢液以及油墨中的揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）排放等污染問題，成為影響行業(yè)發(fā)展的瓶頸。加之電子出版的沖擊，傳統(tǒng)的印刷產(chǎn)業(yè)遇到巨大挑戰(zhàn)。近年來，中國科學(xué)院化學(xué)研究所綠色印刷重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)基于納米材料的長期研究，提出和發(fā)展了納米綠色印刷制造產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)，努力推動(dòng)印刷技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

納米綠色印刷技術(shù)研究進(jìn)展

2013年，中科院啟動(dòng)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)“變革性納米產(chǎn)業(yè)制造技術(shù)聚焦”，“納米綠色印刷與器件制造技術(shù)”項(xiàng)目是其中的重要研究內(nèi)容，期望通過深入系統(tǒng)的研究，實(shí)現(xiàn)在印刷、電子、3D打印等領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)突破，從根本上解決傳統(tǒng)制造方式的污染問題，提升我國納米綠色印刷和器件制造領(lǐng)域的影響力和競爭力。

1.綠色印刷版材技術(shù)

印刷制版領(lǐng)域中，占據(jù)最大份額的是鋁版材，其生產(chǎn)需要經(jīng)過電解、氧化等電化學(xué)反應(yīng)過程，不僅工藝復(fù)雜，能耗大，而且會(huì)產(chǎn)生大量的廢酸、廢堿或廢渣等環(huán)境污染物。

為推動(dòng)傳統(tǒng)版材生產(chǎn)工藝實(shí)現(xiàn)綠色清潔生產(chǎn)，中科院化學(xué)研究所研究人員提出一種無電解的綠色版材制備技術(shù)，通過特定的涂布工藝將納米材料在鋁版表面構(gòu)造出特殊的微納米結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)印刷過程中對(duì)親水和油墨的浸潤性調(diào)控。該技術(shù)工藝簡捷、成本低廉且綠色環(huán)保。研發(fā)人員突破了納米綠色版材的關(guān)鍵技術(shù)和生產(chǎn)工藝，與承德天成公司合作建立了首條納米綠色印刷版材生產(chǎn)線，推動(dòng)印刷版材的綠色制造。

2.綠色印刷制版技術(shù)

我國印刷行業(yè)的制版技術(shù)主要是計(jì)算機(jī)直接制版（CTP）技術(shù)和激光照排技術(shù)，這兩種技術(shù)存在感光廢液排放及資源浪費(fèi)問題。中科院化學(xué)所研究團(tuán)隊(duì)利用納米轉(zhuǎn)印材料和納微米結(jié)構(gòu)版材對(duì)表面浸潤性的調(diào)控，發(fā)展出無需曝光沖洗的納米綠色打印制版技術(shù)，從根本上解決了感光沖洗的污染問題。

3.綠色印刷油墨技術(shù)

目前印刷領(lǐng)域主要使用的是溶劑型油墨，印刷干燥后約70%～80%的溶劑直接揮發(fā)到空氣中。大量的VOCs排放不僅給環(huán)境帶來嚴(yán)重的污染，也通過呼吸、接觸等直接影響人們的身體健康。中科院化學(xué)研究所研究團(tuán)隊(duì)通過系統(tǒng)研究樹脂合成、顏料分散以及油墨制備等關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)出能在不同塑料表面實(shí)現(xiàn)良好印刷效果的環(huán)保油墨。與四川成都托展新材料股份有限公司合作，建成綠色油墨產(chǎn)業(yè)化基地，實(shí)現(xiàn)了綠色油墨的廣泛應(yīng)用。

以上綠色版材、綠色制版和綠色油墨的開發(fā)，形成了完整的綠色印刷產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)，將從源頭解決印刷產(chǎn)業(yè)的污染問題，推動(dòng)印刷產(chǎn)業(yè)的綠色變革和可持續(xù)發(fā)展。

綠色制版中心局部

納米綠色印刷制造技術(shù)的未來發(fā)展

針對(duì)印刷產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展，納米綠色印刷技術(shù)團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步將印刷技術(shù)應(yīng)用于建材、印染等眾多產(chǎn)業(yè)的技術(shù)變革中，并拓展印刷電子、印刷光子等新的發(fā)展方向，推動(dòng)印刷產(chǎn)業(yè)向“綠色化、功能化、立體化、器件化”發(fā)展。

1.印刷電子

中國是世界最大的印刷電路板生產(chǎn)國，傳統(tǒng)的電路板制造采用蝕刻工藝，會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。同時(shí)，電子產(chǎn)品向微型化、輕薄型、透明化發(fā)展的趨勢，對(duì)電子產(chǎn)品的制造提出了更多新的要求，使傳統(tǒng)蝕刻工藝在柔性基材上的應(yīng)用受到限制，并且生產(chǎn)工藝復(fù)雜、成本高昂。而納米綠色印刷技術(shù)避免了蝕刻工藝帶來的環(huán)境污染和材料浪費(fèi)，并以其快速、大面積、精確可控等優(yōu)點(diǎn)，成為制造電子產(chǎn)品極具前景的重要發(fā)展方向，將推動(dòng)和支撐物聯(lián)網(wǎng)、觸控顯示、生物芯片和可穿戴電子等眾多戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前，利用納米綠色印刷技術(shù)印制的電子票卡已成功在北京APEC會(huì)議和地鐵票卡等得到應(yīng)用。此外，納米綠色印刷技術(shù)團(tuán)隊(duì)還主持起草了我國提出的第一個(gè)國際印刷電子標(biāo)準(zhǔn)。

納米綠色制版圖樣及效果圖

2.印刷光子

人們通?？吹降纳手饕强咳玖匣蝾伭袭a(chǎn)生的，染料的生產(chǎn)和使用會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重污染，而我國染料產(chǎn)量占全球產(chǎn)量的近70%。納米綠色印刷技術(shù)團(tuán)隊(duì)通過納米粒子的可控制備，開發(fā)了光子晶體結(jié)構(gòu)色的規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)，通過控制納米顆粒的尺寸使材料對(duì)可見光的選擇性反射和衍射而呈現(xiàn)不同色彩，有望從根本上解決染料生產(chǎn)和使用過程的嚴(yán)重污染問題，在包裝、顯示、裝飾和防偽等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。利用納米印刷技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)其在高效發(fā)光、高靈敏檢測芯片等領(lǐng)域的應(yīng)用。

3.印刷芯片

芯片制造是我國面臨的卡脖子技術(shù)之一。納米綠色印刷技術(shù)突破了傳統(tǒng)印刷技術(shù)精度（通常在10微米量級(jí)）和材料種類的局限，可以在硅片上印刷出10納米量級(jí)的超高精度導(dǎo)電線路，有望突破傳統(tǒng)的蝕刻工藝，發(fā)展出一條全新的、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的芯片制造技術(shù)路線。

納米綠色印刷技術(shù)與展望

納米科技與印刷技術(shù)的融合與創(chuàng)新，給古老的印刷術(shù)帶來新的活力。納米綠色印刷技術(shù)以其綠色環(huán)保、工藝簡潔及低成本等突出優(yōu)勢呈現(xiàn)出廣闊的產(chǎn)業(yè)變革前景，不僅徹底解決傳統(tǒng)蝕刻工藝的高耗能和高污染問題，還將在物聯(lián)網(wǎng)、高靈敏傳感乃至芯片制備等技術(shù)的發(fā)展中發(fā)揮重要作用。但一項(xiàng)新技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新到引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)變革需要長期的艱苦努力，面臨許多挑戰(zhàn)。目前，發(fā)展綠色印刷已經(jīng)成為全行業(yè)的共識(shí)，在各方共同努力下，通過產(chǎn)學(xué)研緊密合作，相信在不久的將來，印刷技術(shù)將作為一種共性的制造平臺(tái)技術(shù)，在眾多傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮重要作用。