纳米印刷“魔术师”
文/本刊记者 梁伟
他是改变印刷行业传统感光制版思路的绿色制版技术开发者,将纳米科技的最新成果与传统的印刷制版技术相结合,在绿色印刷领域开创了属于自己的天地。
“不管是一张纸,还是一块塑料膜,我们在上面打印出一条线,它就能导电;我们现在印刷的彩色卡片,清晰度非常高;象孔雀羽毛这样漂亮的色彩,不是靠色素而是靠纳米结构产生的,可以打印出来……”说起纳米技术给印刷产业带来的巨大影响,他总是滔滔不绝。
他,就是中国科学院化学研究所研究员、博士生导师、绿色印刷重点实验室主任宋延林。在实验室中,他就像一个魔术师,能让一个个纳米颗粒乖乖听话,打印出让人想象不到的精彩世界。
一点创造,一点努力,一点坚持
宋延林和他的团队都是“倔强”的人,他们将不可能变成了可能,为了这种转变,他们坚持了10多年,并且这样的日子还在继续。
在传统印刷行业,制版、印刷等一系列工序是一个周期实验工作,需要几天,甚至更长的时间,但是在北京中科纳新印刷科技有限公司,这样的工作几个小时内就可以完成。
纳米,在很多人的印象中是离自己很遥远的事物,更或许就是一个度量单位,那么究竟什么是纳米制版?
“纳米材料绿色制版技术,就相当于用数码照相机代替胶卷照相机。将所有的信息在计算机里处理好,再通过打印直接得到印版。跟传统的化学曝光成像不一样的地方是,它不用避光操作,不用化学冲洗,不仅消除了污染,成本也大大降低,而且还可以回收。这一过程,纳米材料起到了关键的作用。”宋延林讲解着,“简单地说,纳米材料绿色制版技术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(可附着油墨)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,而没有打印的区域就是空白。”
45岁的宋延林颇有文人气质,带着眼镜的他一直笑眯眯地向记者解释着,当看到有人对纳米打印出来的手机壳爱不释手的时候,甚至他会笑着说用更好的材料做个新壳,给喜欢的人送上,在这样有趣的气氛中,那些晦涩难懂的技术话题顿时也不显得乏味。
印刷在中国,显然不是一个普通的行业,在这个领域,令中国人很自豪的事情,一个是活字印刷,一个是汉字激光照排技术。可以说从毕昇的活字印刷到王选院士推动开展的汉字激光照排,对于国人而言,都是怀有很深的感情。而且多年来,印刷行业的产值对国家GDP的影响也不容小觑。宋延林偶然进入了这个领域。
上世纪90年代,国内市场上的打印墨盒几乎看不见国产品牌,价格自然也是让人“仰视”的。不少相关人士都有一个共同的疑问,那就是什么时候这墨水、墨盒的价格才能降下来?2004年,宋延林得到国家“863计划”的支持,最终开发出质量可以和国外著名品牌媲美的墨水和墨盒,而价格几乎是其十分之一。因为在打印耗材研发方面的贡献,宋延林当选为中国计算机耗材行业协会副会长。
纳米绿色制版设备
项目成功了,这本是一个完美的结局,宋延林本可以申请下一个课题。但这时候,随着他对传统印刷行业的了解,他已经明白,这是一个环境污染较为严重且核心技术被国外所垄断的行业。自己能不能做点什么?或许能改变什么?宋延林想到,是否可以利用纳米技术和传统的印刷技术相结合,对它进行改造升级。
“为什么会坚持不懈继续走下去,毕竟这一条道并不平坦?”
“这还是和我的个人经历相关,2002年到2004年我在中科院机关工作,任材料、能源与化工处处长。在那两年里,开会总听领导强调要把科研工作和国民经济建设的主战场能够更紧密地结合,这是一个很高的要求,让我学会从宏观的角度去看国家的需求。国家对环保的问题、对能源的问题高度重视,我个人也有意识地寻找与自己研究相关的结合点,希望能为国家的进步做出实质贡献。”宋延林说。
中国创造新跨越
2005年,宋延林及其团队将目光锁定在纳米材料绿色制版技术上。
可是,立马有专业人士表示疑惑,“如果这个方法确实可行,那么外国人为何迟迟不见动静?”宋延林笑了,“这就和数码照相技术是一个道理,很少有人知道最先掌握这个技术的是柯达公司,但是由于与其核心感光材料产业冲突,柯达最终选择了雪藏,直接导致他们没有在数码照相领域引领产业。印刷行业也是如此,柯达、富士、爱克发等国际巨头都是靠感光材料起家,面对非感光的新技术自然很难取舍,而这正是我们的机会。”
曾经,在这个领域,中国走的是跟踪路线,别人做出来的东西我们实现国产化,填补国内空白,但是宋延林现在要做的这个技术在国外根本没有一个成型的技术可以借鉴,从设备到软件都需要自己来开发,这个难度是难以想象的。面对困难,宋延林激励大家:“王选院士之所以成功,就是在最困难的时候没有放弃。从1974年到1981年,花了7年时间才推出第一台激光照排样机,而真正大规模推广使用是在1987年之后,当中遇到多少困难,可想而知。中国要想有大的发展,整个民族的心态都要调整,不能仅仅习惯于做跟跑者,必须要致力于技术创新,有勇气和自信做领跑者,实现从中国制造到中国创造的新跨越。”
根据他的设想,用纳米材料的创新产生“变革性”技术,即将印刷表面进行纳米结构处理,使其形成图文区与非图文区清晰的界面,实现图文区超亲油(疏水),非图文区超亲水(疏油)。这其中最核心的技术问题是通过对材料表面能的控制和纳米材料复合增强,解决图文和非图文区的反差和耐磨性问题。
另一个难题是如何提高印刷品质,其中的关键是如何控制液滴在固体表面的扩散和转移,这会遇到一个国际性难题:“咖啡环效应”,没有人想到这个困扰学界和工业界的难题几年后被宋延林团队攻克了。
“我们可以做到由纳米颗粒组成的墨滴形成非常均匀的点,并能让一个墨滴是由一个、两个到几个数目可控的纳米颗粒形成;在此基础上,我们还能做到让纳米颗粒像糖葫芦一样串成一条直线,而之前两个液滴融合后常常会形成一个更大的液滴。”指着PPT上的一张张图片,宋延林显得非常自信,“纳米尺度点、线、面的形成与控制等基础问题的解决,突破了传统印刷技术精度的极限,可以自豪地说,这是目前能看到的最好的结果了。”
基于基础科学问题的突破,2009年,宋延林团队研发的纳米绿色制版技术的中试线顺利建成,并已成功推向市场。在此基础上,他带领团队将纳米材料应用于绿色油墨、绿色铝板基生产等领域,形成了完整的绿色印刷产业链技术。同年11月,中科纳新注册成立。40岁的宋延林从一名从事科研多年的“老将”摇身一变成为创业领域的“新兵”。
“我的梦想是形成中国在绿色印刷领域的理论和技术体系。”宋延林说,“印刷实现图案化最基本的要素是点、线和面的控制,我们要做出最小的点,比如一个墨点只有一个纳米颗粒,还要做出最细的直线和最平的面,并且提出自己的绿色印刷理论。中国人要敢于挑战别人没做过、做不到的事情,为发展国际领先的先导性、跨越性、引领性的产业变革技术奠定基础”。
“这就是中国给世界的印象”
在北京印刷厂的支持下,绿色印刷技术上线后的第一张报纸在北京日报社印刷厂诞生,这一成绩让同行瞩目。
“从2010年上海世博会到‘十一五’国家重大科技成就展,我们都向全国乃至全世界介绍了这项新技术。很多国家领导人都参观了这项技术的展示,媒体也给了我们非常大的关注,很多国内外企业也对我们的技术表现出了浓厚的兴趣,现在想想为什么会引起这么多人的关心与支持,我认为一个不可忽视的原因就是:我国经济的发展到了一个不治理污染不可能持续发展的地步。”
在宋延林的PPT中有这样一张照片,那是美国《时代周刊》的一个封面:一只巨大的iPhone手机背后是浓烟滚滚的烟囱和无数的工人。这暗示中国的经济发展一是靠牺牲环境、严重污染;二是靠廉价劳动力。这就是中国给世界的印象,而经济发展到现在是做出改变的时候了。事实证明,可以通过技术创新提出领先、环保的绿色解决方案。对于宋延林及其团队而言,正是在不断和产业接触的过程中让他深刻认识到,利用科技进步改造提升传统产业不是一句空话,而是落在每个科研人员肩上的责任。
北京怀柔绿色制版中心局部
“印刷产业的发展有三个大的污染环节,现在我们这个技术完全能够把这三个污染源从根本上解决。”宋延林说,“我们通过纳米制版取代原来感光冲洗的制版技术;通过纳米涂层摒弃了原来的电解氧化制备版基工艺;通过水性的油墨取代原来的有害溶剂的油墨。围绕产业链布置创新链,通过这三个技术我们形成了目前世界上最环保的绿色印刷的完整技术体系。原来困扰行业发展的三个大的污染源都可以使用新的绿色技术解决,这将是未来印刷业的变革。”宋延林说。
“从事科学研究的价值在于创新,将个人梦想汇入人类进步的梦想之中,不断发现新现象,认识新规律,创造新应用。将‘Impossible’变成‘I’m possible’,需要的是一点创造,一点努力,一点坚持,更要有一点理想主义精神,一种‘道之所在,虽千万人吾往矣’的勇气与自信。”在“走进中国科学院·记者行”专题采访活动中,宋延林谈到自己对科研的认识,他还将切。格瓦拉的话写在自己研究组的网页上:“如果说我们是浪漫主义者,是不可救药的理想主义分子,我们想的都是不可能的事情,那么,我们将一千零一次地回答:是的,我们就是这样的人。”
如今,在中科院纳米先导研究计划的支持下,宋延林又提出绿色印刷制造的概念。“我们要以核心的纳米材料技术为支撑,力求通过印刷方式,解决印染、建材和电子等多个行业的污染问题。”他透露,下一步将突破纸张印刷的范畴,把纳米绿色印刷技术延伸到食品安全、电子、建材、印染等重要行业,通过纳米材料的创新和应用,解决上述行业的环境污染和高能耗问题,同时降低生产成本,形成一个“纳米材料绿色印刷技术产业集群”。
按照宋延林的计划,2015年将是其战略发展关键的一年,那时产业链技术的布局将基本完成。而他的终极构想是希望到2020年整个“纳新系”能控股或参股三到五家上市公司,并且都成为行业的代表性企业,形成数百亿乃至千亿级的产业链。
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