纳米绿色印刷技术研究进展与展望

文 宋延林

印刷术为人类文明的发展和传播做出了巨大贡献，也是我国国民经济的重要组成部分。然而，印刷产业近年来遇到了巨大的环保压力。其中版材生产的电解废液和废渣、制版过程中的感光冲洗废液以及油墨中的挥发性有机化合物（VOCs）排放等污染问题，成为影响行业发展的瓶颈。加之电子出版的冲击，传统的印刷产业遇到巨大挑战。近年来，中国科学院化学研究所绿色印刷重点实验室研究团队基于纳米材料的长期研究，提出和发展了纳米绿色印刷制造产业链技术，努力推动印刷技术和产业的可持续发展。

纳米绿色印刷技术研究进展

2013年，中科院启动战略性先导科技专项“变革性纳米产业制造技术聚焦”，“纳米绿色印刷与器件制造技术”项目是其中的重要研究内容，期望通过深入系统的研究，实现在印刷、电子、3D打印等领域的关键技术突破，从根本上解决传统制造方式的污染问题，提升我国纳米绿色印刷和器件制造领域的影响力和竞争力。

1.绿色印刷版材技术

印刷制版领域中，占据最大份额的是铝版材，其生产需要经过电解、氧化等电化学反应过程，不仅工艺复杂，能耗大，而且会产生大量的废酸、废碱或废渣等环境污染物。

为推动传统版材生产工艺实现绿色清洁生产，中科院化学研究所研究人员提出一种无电解的绿色版材制备技术，通过特定的涂布工艺将纳米材料在铝版表面构造出特殊的微纳米结构，从而实现印刷过程中对亲水和油墨的浸润性调控。该技术工艺简捷、成本低廉且绿色环保。研发人员突破了纳米绿色版材的关键技术和生产工艺，与承德天成公司合作建立了首条纳米绿色印刷版材生产线，推动印刷版材的绿色制造。

2.绿色印刷制版技术

绿色制版中心局部

纳米绿色制版图样及效果图

我国印刷行业的制版技术主要是计算机直接制版（CTP）技术和激光照排技术，这两种技术存在感光废液排放及资源浪费问题。中科院化学所研究团队利用纳米转印材料和纳微米结构版材对表面浸润性的调控，发展出无需曝光冲洗的纳米绿色打印制版技术，从根本上解决了感光冲洗的污染问题。

3.绿色印刷油墨技术

目前印刷领域主要使用的是溶剂型油墨，印刷干燥后约70%～80%的溶剂直接挥发到空气中。大量的VOCs排放不仅给环境带来严重的污染，也通过呼吸、接触等直接影响人们的身体健康。中科院化学研究所研究团队通过系统研究树脂合成、颜料分散以及油墨制备等关键技术，开发出能在不同塑料表面实现良好印刷效果的环保油墨。与四川成都托展新材料股份有限公司合作，建成绿色油墨产业化基地，实现了绿色油墨的广泛应用。

以上绿色版材、绿色制版和绿色油墨的开发，形成了完整的绿色印刷产业链技术，将从源头解决印刷产业的污染问题，推动印刷产业的绿色变革和可持续发展。

纳米绿色印刷制造技术的未来发展

针对印刷产业的未来发展，纳米绿色印刷技术团队进一步将印刷技术应用于建材、印染等众多产业的技术变革中，并拓展印刷电子、印刷光子等新的发展方向，推动印刷产业向“绿色化、功能化、立体化、器件化”发展。

1.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，会造成严重的环境污染。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，使传统蚀刻工艺在柔性基材上的应用受到限制，并且生产工艺复杂、成本高昂。而纳米绿色印刷技术避免了蚀刻工艺带来的环境污染和材料浪费，并以其快速、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。此外，纳米绿色印刷技术团队还主持起草了我国提出的第一个国际印刷电子标准。

印刷的电子票卡和印刷电子线路

2.印刷光子

人们通常看到的色彩主要是靠染料或颜料产生的，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。

3.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，有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。

纳米绿色印刷技术与展望

纳米科技与印刷技术的融合与创新，给古老的印刷术带来新的活力。纳米绿色印刷技术以其绿色环保、工艺简洁及低成本等突出优势呈现出广阔的产业变革前景，不仅彻底解决传统蚀刻工艺的高耗能和高污染问题，还将在物联网、高灵敏传感乃至芯片制备等技术的发展中发挥重要作用。但一项新技术从实验室创新到引领产业变革需要长期的艰苦努力，面临许多挑战。目前，发展绿色印刷已经成为全行业的共识，在各方共同努力下，通过产学研紧密合作，相信在不久的将来，印刷技术将作为一种共性的制造平台技术，在众多传统产业升级和战略新兴产业的发展中发挥重要作用。