中科院化学所产业化基地:轻松打印绿色世界—新闻—科学网

 
作者:吴月辉 张轶楠 来源:人民日报 发布时间:2014/9/12 14:15:17
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中科院化学所产业化基地:轻松打印绿色世界

 

绿色制版印刷样张。

中科院化学所供图

不用感光冲洗,也不产生废水废液,报纸、书籍的版样就可以打印出来;电脑、手机的线路板,不用刻蚀,同样也可以轻松打印出来……这些看似神奇的技术,在科研人员的努力下已经成为现实。

在位于北京怀柔的中科院化学所产业化基地,我们现场感受了纳米绿色印刷技术的神奇魅力。只见, 生产车间里摆放着几台看似不起眼的制版机,工作人员们正将一张铝板放进其中的一台机器内,不到3分钟,一张印版就从机器尾端出来了。没有刺鼻的化学药水味,没有排污的管道,甚至没有大的噪音,整个报纸、杂志的制版过程就在不到10平方米的空间里轻而易举地完成了。

分辨率高、节能环保、成本低,纳米绿色印刷技术正以其显著的优势对传统印刷产业和印刷电路板行业进行着革命性改变,也将给我们的工作和生活带来很多改变。

1.传统的激光照排相当于“胶片照相机”,计算机直接制版技术如同“拍立得”,纳米绿色制版技术就像是“数码相机”

5年前,在深刻意识到传统印刷产业链存在严重的环境污染问题之后,中国科学院化学研究所研究员宋延林带领他的团队开始进行绿色制版技术的中试研究。

纳米绿色印刷制造的核心理念是将纳米材料和印刷技术相结合,实现印刷产业的绿色化、功能化、立体化和器件化。传统印刷制版的原理是感光成像、化学显影,而绿色印刷制版技术是利用纳米材料制作出特殊的板材和墨水,直接打印使印版表面呈现出亲水的空白区和亲墨的图文区,就可以直接印刷了。

“简单来说,纳米材料绿色制版的原理就是在亲水的版材上打印出亲油的图文区,通过亲油和亲水的差异形成图文区和空白区的差别。制版的版材本身是亲水性质,这使它不沾染油性的油墨;而印刷品上的图文区,则打印上亲油的纳米材料。这样,印版上机印刷时,打印有亲油纳米材料的区域就得到图片和文字,而没有打印的区域还是空白一片。”宋延林进一步解释。

激光照排技术需要两次曝光显影,过程繁琐,而且使用的显影、定影液等化学物质产生大量污染。即使目前最先进的计算机直接制版技术(CTP),也需要感光预涂层和化学处理过程。印刷油墨中所用的溶剂主要是芳香烃类、酯类、酮类、醚类等,印刷干燥后约70%—80%的溶剂直接挥发到空气中;油墨中的重金属等有害成分还存在严重的健康和食品安全隐患。

新的纳米绿色印刷技术则完全不需要暗室和曝光过程,也不产生废水和废液,成本还比传统激光照排制版便宜1/3以上。

对此,宋延林做了形象的比喻:“通俗地讲,传统的激光照排相当于‘胶片照相机’,较先进的计算机直接制版技术相当于‘拍立得’,而纳米绿色制版技术就像是‘数码相机’。”

2.用纳米涂层取代原来电解氧化的过程,用纳米材料打印制备代替曝光成像,用水性墨代替油性墨,从源头解决印刷产业链中80%以上的污染

根据统计,2013年中国印刷行业总产值达10398.5亿元,但也产生了大量的感光废液、有害溶剂和版基电解废液。同样,传统的印刷电路板行业也对环境产生巨大污染,生产废液中含大量重金属离子,严重污染环境。

宋延林认为,纳米绿色印刷制造技术可以从源头防止这些污染的产生。

“针对印刷产业链制版、版基和油墨的生产使用过程中产生的三大污染,纳米绿色印刷技术用纳米涂层取代原来电解氧化的过程,用纳米材料打印制备代替曝光成像,用水性墨代替油性墨。这样的绿色印刷技术体系可以解决印刷产业链中80%以上的污染。”宋延林说。

据测算,纳米绿色印刷制造技术全面推广以后,全国每年可减排上万吨有机溶剂、数百万吨废液和废水,节约数百吨银和数万吨铜等金属。

“不同纳米结构有不同的性质,比如亲水性和亲油性,我们找到了纳米结构和表面性质控制的规律。”宋延林说,将版基材料制成超亲水性结构,再在上面打印超亲油性的纳米转印材料,制出的印版印刷清晰度也会大幅提高。

科研人员还通过打印出目前最小的、只含一个纳米粒子的墨点,再由这样的墨点连成最细的线,形成平整的面,攻克了纳米颗粒通过印刷方式形成高精度图案的难题。

由于纳米材料绿色印刷电路技术具有价廉、灵活制备柔性电路的优势,因此能提升传统印制电路板行业的生产技术水平。

尤为重要的是,目前电路板制造采用蚀刻工艺,一张覆铜板90%左右的铜都要腐蚀掉,并造成严重环境污染。“我们利用金属纳米颗粒,通过打印印刷的方式做这件事情,就可以避免污染环境和材料浪费。”宋延林说。

3.除了印刷书籍、报纸、杂志,还可打印灵敏度更高的地铁车票,未来或许会打印手机、电脑、电视屏幕,卷起来就能带走

除了印刷书籍、报纸、杂志,纳米印刷还可以生产灵敏度更高的电子票卡。

宋延林介绍:“我们使用的地铁票里面就有芯片和电路。目前,印制地铁票电路的技术已全面通过考核,在从根本上消除污染的同时,还大大降低了成本。”

据介绍,新技术印刷的车票除灵敏度高等优势外,更具环保效益。

现有的车票很难回收利用,而应用纳米绿色印刷技术制造的车票可以重新打浆,纸浆和金属通过重力分离,绝大部分材料可以回收再利用。

“这项技术我们还在继续改进,像身份证等各种证件将来也可以通过印刷制备出来。”宋延林说。

在宋延林的眼中,纳米材料绿色印刷制造技术有着广阔的应用前景,是对多个传统行业制造技术的革命,也将催生很多战略新兴产业。

这项技术发展成熟后,可以应用在电子纸、电子服装、物联网、柔性显示、电子装饰、太阳能电池、照明导线、传感器等诸多产业。

目前,纳米绿色印刷技术已经实现了在塑料、纺织面料和玻璃、陶瓷等多种材料上的图案打印,可以解决传统生产过程的高污染和高能耗问题。

“也许将来手机、电脑、电视屏幕都可以打印出来,卷起来就能带走。”宋延林说,“我们这个以印刷为开端的改变中国产业污染现状的技术,能延伸的领域极广,这将是一场新的技术革命。”(原标题:不用感光冲洗,不产生废水废液,分辨率高、节能环保、成本低。请看纳米绿色印刷技术——轻松打印“绿色世界”)

 
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2014/9/14 16:10:30 zhengkunwd
这就是科学家对社会的巨大贡献!赞宋老师!
目前已有1条评论
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