浅谈纳米技术在印刷行业中的应用

李喜乐，杨玉杰，张 攀

（乐凯华光印刷科技有限公司 河南 南阳 473003）

1 引言

纳米，只是一个长度单位，1纳米等于10-9米，相当于头发丝的十万分之一，没有任何技术属性。纳米技术[1]，是指在纳米级别（材料尺寸在0.1至100纳米）粒子的表面，采用先进的技术手段，主动实现原子/分子级别的排列组成，从而产生所需要的特殊结构，这样就能获得具有特殊的性能的材料。纳米技术（nanotechnology）研究结构尺寸一般在0.1至100纳米。

在1～100nm这个细微的尺寸，纳米微粒会表现出很多特殊效应，比如表面效应，小尺寸效应等，这些不同于大尺寸材料的效应，使得纳米微粒组成的材料具有了在光、热、电、催化、吸附等方面的独特的功能[2]，因而纳米材料也成为研究特殊材料的热点。目前，纳米技术已经广泛应用于材料和制备、航天和航空、环境和能源等方面，可以说已经深刻影响着科技和生活。

本文立足于印刷领域，对纳米技术在这一领域的应用做了研究，对纳米技术的应用带来的优点进行了对比，并对纳米技术在印刷领域的新进展做了分析和展望。

2 纳米粒子的制备

目前，纳米技术的发展已经取得很多进展，就制备方法来讲，纳米粒子可以采用多种方法得到，这些方法总体上，可分为物理方法和化学方法。纳米粒子常见的制备方法，如表1所示。

表1 纳米粒子的制备方法Chart 1 Methods of preparating nanoparticles

3 纳米技术在印刷行业中的应用

3.1 纳米银和纳米银线在印刷行业中的应用

印制电子技术（Printed Electronics）是指利用各种印制技术，形成电子元器件和电路的电子产品的技术。目前在印制电路行业的中常见的术语PCB-“Printed Circuit Board”-“印制电路板”，也可以说是前印制电子技术。

在印制电子技术的应用中，其所用以形成电子元器件和电路的材料主要就是导电油墨。在导电油墨中，纳米金属粒子，或者纳米非金属粒子被用来当做的导电体，其性能对导电油墨至关重要，用的比较多的是纳米银，少数情况会用到石墨、铜等。

许多研究人员通过不同的方法制备出了纳米银[3-10]，Xu等人采用高能机械球磨，在很低的温度下（-196℃）的低温下，制备了纳米银粒子；Wei等人则采用阳极电弧放电等离子体法，同时对冷凝方法得到了性能良好的纳米银粒子；莫黎昕等研究了用柠檬酸银代替硝酸银改进复合银浆制备技术。

纳米银线（SNW，silvernano wire）技术，被视为具有巨大潜力的制备导电薄膜的新技术。与现存技术，比如目前流行的金属网格技术（即ITO技术）相比，纳米银线技术有一些明显优势：第一，由于纳米银线的线宽直径非常小，可以达到50nm，所以不存在“莫瑞干涉”问题；第二、纳米银线技术制备的薄膜，透光率更高；第三、在需要曲面显示的设备上，纳米银线导电薄膜的弯曲半径小，更适合曲面设备。

Liu[11]等二苯胺磺酸钠(DPAS)作还原剂，还原硝酸银(SN)合成纳米银线，得到大尺寸的单晶纳米银线；戎红仁[12]等在PVP作为保护剂的条件下，还原硝酸银(SN)合成纳米银线。

3.2 纳米技术与免处理印刷版

印刷版材在制版机上曝光成像后，无须任何化学处理即可上机印刷，叫做免处理版。免处理版，相对于传统的印刷版材，有一些优势：第一、明显缩短了制版周期，提高了生产效率；第二、因无须化学显影处理，对环境无污染。所以总体讲，免处理版材的总制版成本比较低，而且更加环保。

目前，许多公司开发了自己的免处理技术，比如印刷巨头爱克发、柯达保丽光、乐凯华光、富士等，其中一些企业的免处理版材已经上市，比如爱克发、乐凯华光、富士都推出了各自的免处理版。这些上市的产品，大多属于热敏板材，并且从专利情况看，免处理热敏板材的研究也是比较多的。

按照成像方式不同，免处理版材的成像方法可以分为三类，第一种是热烧蚀技术，第二种是极性转换技术，第三种是热熔技术[13]。

这三种成像技术，热烧蚀技术不是主流，余下的极性转换技术和热熔技术应用的较多，统称为非烧蚀型技术。目前市场上主要是非烧蚀型版材，比如华光TPD、爱克发Azura版材等。

生产非烧蚀型免处理CTP版材的过程中，最关键的技术就是涂层材料。如极性转换技术的热敏转换物质和热融技术所需的热熔颗粒。

热熔技术是目前免处理版材中真正商品化应用的技术。热熔技术的核心是纳米级的热熔粒子，在激光照射下，热熔粒子相互融合固化，形成印版图文。成像后的印版不需要化学药品显影，同时也不需要用水冲洗，只需要用印版保护胶清洁未融合的颗粒，即可上机印刷。专利WO94/23954介绍了一种微胶囊热熔技术，爱克发EP2006-5-2406114475介绍了一种半连续法制造乳液颗粒的方法，专利201310753431.0介绍了一种技术，利用多元共聚形成聚合物母体，在聚合物的侧链上一般带有亲水性（或亲油性）基团，聚合方法采用乳液聚合，利用这种技术制作出的版材，成像能力和耐印力高，亲水性好，可直接实现水显影。

3.3 纳米油墨

油墨是印刷行业中的重要材料，通过它将图案、文字表现在承印物上。通过人们的经验和研究发现[14]，印刷品质量，很大程度上取决于油墨。细度、纯高度的油墨，才能保证印刷的高质量。

普通油墨与纳米油墨的区别，在于颜料粒径的大小，两者相差约1000倍，由此，与普通油墨相比，纳米油墨的细度得到了极大的改善。此外，纳米微粒对于改善油墨的稳定性、亲油性和可润湿性，都有很大作用。所以目前制备纳米油墨，都需要将油墨中的树脂、颜料、填料等各种成分制成纳米级，以此改善印刷效果。

研究发现[15]，纳米油墨制备成功的技术关键，是所用的纳米粒子要具有单分散性，所以应用于纳米油墨的纳米粒子也是需要选择的。目前在纳米油墨中使用的较多的纳米粒子，包括金属纳米粒子纳米Ag、纳米TiO2、纳米CaCO3，非金属纳米粒子纳米SiO2等。

3.4 纳米印刷

纳米图像印刷技术是一种新型的压印转印技术，广泛用于纳米凹凸图形的加工制作。

2012 年德鲁巴（Drupa2012）国际印刷展览会上，兰达公司展示了他们的纳米喷墨技术和智能手机式的操作平台。据介绍，虽然兰达纳米图像印刷技术，也是使用纳米油墨进行印刷，但是与传统意义上的喷墨印刷还是有着很多区别的。第一，传统喷墨印刷直接将油墨喷涂在承印材料（纸张、塑料等）上，而纳米图像印刷则是先将油墨喷涂到一个橡皮布转印带上，如果说传统喷墨印刷属于直接喷墨印刷，那么纳米图像印刷属于间接喷墨印刷；第二，传统喷墨印刷在喷涂油墨之后，需要干燥处理，而纳米图像印刷的干燥过程在转印带上完成，转移到承印物上的已经是干燥过的图像；第三，传统喷墨印刷，需要预先对承印材料进行很多处理，比如平整、物理清洁、化学处理等，而纳米图像印刷则对承印物的要求比较低，比如在塑料上印刷，甚至不需要预处理，就可以直接印刷。

在国内，也有很多研究人员进行这方面的研究。中国科学院的宋延林通过研究纳米颗粒的性质[16]，制备出能够适用于纳米印刷的墨水，还用他们新的纳米材料来形成结构色彩，期望以此来实现墨水和染料的绿色无污染生产。

纳米印刷技术，主要还是得益于纳米材料的特殊性能。目前，采用纳米印刷技术，制造的纳米尺寸的器件，已经达到小于10nm的水平。可以预见，纳米印刷技术将会应用得更加广泛，比如在芯片生产、精细电子元器件、高密度磁性元器件等方面，这一技术都具有很大的应用潜力。

4 结语

在0.1至100纳米这一尺度上，纳米粒子有了特殊效应，由此很多纳米材料的性质表现出了与大尺度粒子组成的材料有了极大地差异，所以人们将很多常规的材料制备成纳米尺寸，于是就形成了专门通过特定的技术设计，利用纳米粒子，使其产生某种特殊结构，并表现特异的技术性能或功能的纳米技术。

在印刷行业，纳米技术的应用也越来越多。近年来被热炒的纳米印刷，免化学处理与低化学处理之争，都与纳米技术息息相关。除了本文所述的在印制电子技术、智能产品生产、免处理版材、纳米印刷等方面，纳米材料和纳米技术在印刷行业的应用可以说刚刚起步，相信通过人们的努力，纳米技术会对印刷行业的发展起到更大的作用。

[1]杨志伊.纳米技术[M].机械工业出版社.

[2] http://baike.baidu.com/.

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[16] http://finance.sina.com.cn/hy/20150402/173721875502.shtml