納米材料在印刷中的應(yīng)用研究

王耀文 江蘇安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院

1 納米材料的特性

納米的英文全寫為namometer，1納米與10億分之一米相等，約為45個(gè)原子串起來(lái)的長(zhǎng)度。而納米結(jié)構(gòu)，一般是指微小結(jié)構(gòu)，其尺寸通常在100納米以下。當(dāng)前的納米科技研究，主要方向是納米材料，即晶粒大小在1～100納米范圍的物質(zhì)。相關(guān)的大量研究表明，當(dāng)材料粒子進(jìn)入納米級(jí)粒子時(shí)，會(huì)產(chǎn)生表面與界面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)以及宏觀量子隧道效應(yīng)等特性。

1.1 表面與界面效應(yīng)

納米晶體粒表面的原子數(shù)與總原子數(shù)的比例，會(huì)隨著粒徑變小而急劇增大，從而引起性質(zhì)上的變化。表現(xiàn)為直徑降低，表面原子數(shù)量增多，這種變化被稱為表面與界面效應(yīng)。其中，超微顆粒的表面活性很高，金屬顆粒空氣中會(huì)迅速氧化而燃燒。

1.2 小尺寸效應(yīng)

當(dāng)納米微粒尺寸與光波波長(zhǎng)、超導(dǎo)態(tài)的相干長(zhǎng)度、傳導(dǎo)電子的德布羅意波長(zhǎng)以及透射深度等物理特征的尺寸一直或偏小時(shí)，納米微粒的周期性邊界會(huì)被破壞，從而出現(xiàn)聲、光、電、磁、熱等性能現(xiàn)象。而由于顆粒尺寸發(fā)生量變，在一定條件下，就會(huì)引起顆粒性質(zhì)的質(zhì)變。所以顆粒尺寸變小，會(huì)所引起宏觀的物理性質(zhì)的變化，這種變化就被稱為小尺寸效應(yīng)。

1.3 量子尺寸效應(yīng)

當(dāng)粒子的尺寸增長(zhǎng)至納米量級(jí)時(shí)，費(fèi)米能級(jí)附近的電子能級(jí)，會(huì)由連續(xù)態(tài)分裂成分立能級(jí)。如果能級(jí)間距大于其他能時(shí)，如光子能、磁能、熱能、靜電能、靜磁能、超導(dǎo)態(tài)的凝聚能等，就會(huì)出現(xiàn)納米材料的量子效應(yīng)，從而引起磁、光、聲、熱、電、超導(dǎo)電的性能變化。

1.4 宏觀量子隧道效應(yīng)

隧道效應(yīng)是指微觀粒子具有貫穿勢(shì)壘的能力，而納米粒子的磁化強(qiáng)度等，也同樣具有隧道效應(yīng)，它們可以穿過(guò)宏觀系統(tǒng)的勢(shì)壘，從而引起變化，因此被稱作納米粒子的宏觀量子隧道效應(yīng)。

2 納米材料在印刷中的應(yīng)用研究

1.1 納米紙

傳統(tǒng)的紙張主要由樹(shù)木、竹、麻等纖維制成，因?yàn)槌涮钗锏念w粒較大，所以紙張通常具有怕水、怕潮等缺點(diǎn)。而隨著納米技術(shù)的應(yīng)用愈益廣泛，造紙業(yè)也不斷引入這一新型技術(shù)。目前，木纖維加工的水平是微米（100～1000nm），通過(guò)木材納米技術(shù)，可以促使木材細(xì)胞結(jié)構(gòu)和控制細(xì)胞生長(zhǎng)的改變，從而改變木材的特性。在造紙涂料的涂布白紙板涂料中，加入納米碳酸鈣，有利于涂層幾種重要性能指針的提高，如IGT值、K&N油墨吸收性、平滑度等，從而大幅度改善白紙板的性能。

現(xiàn)階段，在造紙工業(yè)中，納米技術(shù)的應(yīng)用已進(jìn)入實(shí)用性生產(chǎn)環(huán)節(jié)，如河南銀鴿公司，聯(lián)合了華中師范大學(xué)納米科技研究院，共同引入國(guó)際最先進(jìn)的納米技術(shù)，在普通紙表面制備納米結(jié)構(gòu)層，從而成功的研制出防水納米紙。該紙張保持原有的書寫、復(fù)印功能，還增加了超級(jí)疏水性和防潮、提高印刷表面強(qiáng)度、降低伸縮率的特殊性能。

2.2 納米油墨

油墨細(xì)度直接影響著印刷品的質(zhì)量，其細(xì)度越高，著色力也就越強(qiáng)，印刷品的網(wǎng)點(diǎn)清晰度和飽滿度就更高。近年來(lái)，納米級(jí)透明氧化鐵系列顏料，被科技部評(píng)為國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品。其納米金屬微粒，可吸收全部光波，從而使自身呈黑色，同時(shí)對(duì)光產(chǎn)生散射作用。在黑色油墨中添加納米金屬微粒，有效改善黑色油墨的純度和密度。同時(shí)，半導(dǎo)體納米粒子表面在化學(xué)修飾后，粒子周圍的介質(zhì)能夠顯著影響光學(xué)特質(zhì)，吸收光譜，從而引起紅移或藍(lán)移現(xiàn)象。如果在油墨中分別加入黃色和青色來(lái)研制納米油墨，可提高黃墨和青墨的純度，使得印刷品的層次更豐富。

2.3 納米陶瓷

納米陶瓷主要是指顯微結(jié)構(gòu)中，具有納米級(jí)尺度的物相材料。這種物相材料能夠大幅度提高材料的強(qiáng)度、韌性和超塑性。目前在柔版印刷中，常見(jiàn)的是激光雕刻的陶瓷網(wǎng)紋輥，被普遍認(rèn)為是柔版印刷提高質(zhì)量的核心環(huán)節(jié)。常用的窄幅柔性版印刷機(jī)和UV油墨柔印機(jī)，基本都是應(yīng)用了陶瓷網(wǎng)紋輥。基于柔印發(fā)展的角度，陶瓷網(wǎng)紋輥會(huì)成為發(fā)展的潮流，而金屬網(wǎng)紋輥會(huì)因此被全部淘汰。英國(guó)著名材料專家Cahn指出，解決陶瓷脆性的重要戰(zhàn)略方向就是使用納米陶瓷。所以，對(duì)柔版印刷使用的網(wǎng)紋輥而言，當(dāng)加工網(wǎng)紋輥采用等離子熱噴涂工藝時(shí)，必須在基材表面噴涂出高質(zhì)量的涂層，其硬度必須達(dá)到HV300～1300范圍，一般孔隙率要求不高于1%。而超過(guò)1200線的網(wǎng)紋輥，其孔隙率則必須低于0.5%，且同步保障涂層結(jié)構(gòu)均勻、高硬度、高密度等要求，有效改善硬度、韌性、耐磨度等性能。

3 結(jié)論

憑借分辨率高、節(jié)能環(huán)保和成本低等優(yōu)勢(shì)，我國(guó)的納米綠色印刷技術(shù)在世界印刷領(lǐng)域全面領(lǐng)先，引起了印刷產(chǎn)業(yè)和印刷電路板行業(yè)的革命性變革?？梢?jiàn)，納米技術(shù)的發(fā)展與普及，已經(jīng)對(duì)印刷和印刷油墨具有舉足輕重的作用。印刷行業(yè)如果想要進(jìn)一步擴(kuò)大市場(chǎng)，并延伸至電子等新興領(lǐng)域發(fā)展，就要重視對(duì)納米技術(shù)和納米材料的應(yīng)用和研究。

[1]胡昌淼.淺述納米材料在印刷中的應(yīng)用[J].化工管理,2016(17):76-76.

[2]宋延林, 王思. 綠色納米印刷技術(shù)印出“綠色”新世界——中科院納米綠色印刷技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用[J]. 科技促進(jìn)發(fā)展,2016(3):366-370.

[3]姜欣, 趙軒亮,李晶,等.石墨烯導(dǎo)電墨水研究進(jìn)展:制備方法、印刷技術(shù)及應(yīng)用[J]. 科學(xué)通報(bào), 2017(27):3217-3235.