采用纳米技术印刷的限量版电子票卡在北京APEC会议上得到应用
从减法到加法
印刷人自豪的事情之一就是印刷术的发明，其推动着中国甚至世界文明的发展。印刷术从原理上来讲有两个阶段，一个是物理成像阶段，一个是化学成像阶段。活字印刷是基于物理成像，而激光照排则是感光化学和照相技术发展以后的曝光成像。
用一个形象的比喻来描述，可以将印刷与吃饭做类比。第一个阶段是“有饭吃”，活字印刷就解决了这个问题，其出现使得图书的发行开始普及。第二个阶段是“吃得好”，即激光照排技术出现之后，传统的黑白印刷可以变成彩色印刷。那么现在应该往哪个方向发展呢？应该是“吃得健康”，就是要绿色化。无论是活字印刷还是激光照排，都是一个做减法的过程。比如激光照排，与传统胶卷照相的过程类似，首先把要印的图像曝光在感光胶片上，再经过冲洗得到最终的成像。其中感光和冲洗过程都会产生非常大的污染。可不可能把减法的过程变成加法的过程呢？纳米材料对表面亲水、亲油性的控制，就可以很好地解决这个问题。
想要做加法，其中也涉及一些难题。第一个问题是图文区和空白区的反差大，这就需要通过纳米材料使图文区亲油，使空白区亲水。第二个问题就是普通的墨水打到印版上很快就会磨掉，如何提高耐用率也需要靠纳米材料解决。到现在，这种加法的应用实际上是改变了感光成像，从原理上讲这是最环保的技术。
创新生产方式
进一步说，如果把印刷技术和纳米材料结合起来，可以改变很多传统体量大、污染和消耗严重的生产方式。比如，生活中大部分色彩来源于颜料和染料。我国印染业具有世界第一的产量，但生产过程中，生产1吨染料会产生700吨废水，每吨染料废水又将污染20吨洁净水体，可见其污染非常严重。但是通过纳米技术，就可以从根本上解决生产制造过程的污染问题。比如漂亮的蝴蝶，它的色彩不是靠色素呈现出来的，而是靠纳米结构产生的，如果能把它打印出来，就可以解决印染行业的污染问题。
事实上，这是一种光学半导体。全世界科学家都在研究它，谁能把它批量化、工业化生产出来，这是全世界面临的挑战。但我们解决了这个，通过合成不同的纳米颗粒，控制纳米颗粒的尺寸可以得到不同的颜色。这种颜色不会褪色，光泽也非常好。这项技术解决之后，能够提供一种新型的智能化包装的材料。如宝洁公司每年的销售额是840亿美元，其中160亿美元花在包装上，但是通过光子晶体材料可以同样达到漂亮的炫彩效果，以原来1/5的价格就能制作出现在这样的包装瓶。
解开国际难题
在信息技术里，有一个基本的单元叫印刷电路板，在感光胶片上经过曝光、蚀刻，留下所需要的。但这个过程中80%以上的铜会被腐蚀掉，腐蚀后排到地下，会严重破坏生态环境。但如果把这些金属做成纳米颗粒，做成导电的油墨，通过印刷形成电路，是不是能实现？已经有事例证明。在2014年APEC期间，会场6个门卡里所有电线和电路就是通过纳米技术制造出来的，这是中国科学家对纳米技术进步的贡献。
能够做出来，为什么没有早一点？实际上它是一个国际性的科技难题。其中一个就是咖啡环效应，咖啡在固体上扩散的时候会形成一个扩散的环，中间形成空心，就会造成密度不均匀。墨滴的扩散避免不了咖啡环效应，通常认为从打印机喷孔出来的墨点会比喷孔要大，因为它是一个扩散的过程，但是我们用商业打印机打出了比喷孔小一个数量级的墨点，这就是一个非常大的突破。做世界上最小的点、最细的线、最平的面，是我们的希望，而且要提出绿色印刷三大定律，只需要计算，不用做实验就能知道结果是什么。
现在的印刷不是传统的印书印报的概念，而是先进的绿色的制造方式，它不仅能解决传统产业的污染问题，而且可以解决众多行业的难题。关键是要有向外看的眼光，不能封闭，要相信中国人有可能在这个领域再为世界做出更大的贡献。
（作者系中国科学院化学研究所绿色印刷重点实验室主任宋延林）
