科创观察丨纳米绿色印刷制造技术

回顾印刷技术演进历程，从物理成像的雕版、活字印刷，到化学成像的汉字激光照排技术，再到新材料的应用，每一步都标志着行业的创新与进步。

在制版技术方面，研发了通过材料表面能控制的绿色印刷制版技术，解决了避光操作和环境污染问题。针对胶版印刷板材的电解氧化污染问题，采用纳米涂层替代电解氧化，实现了环保生产。在油墨应用上，实现水性油墨用于塑料印刷，有效减少了VOC排放，同时消除了食品安全隐患。研究者进一步提出大印刷的概念，在不同基材上开发相应墨水，实现直接打印，从而避免了传统工艺高耗能和污染过程。此技术还广泛应用于印染行业，通过“以印代染”的方式，在各种面料上打印出精美图案。<o:p></o:p>

为解决染料使用的污染问题，研究团队成功研发出利用光子晶体材料呈现颜色的技术。该技术通过微观结构反射和衍射可见光产生颜色，既环保又美观，在光子产业领域有巨大的应用潜力。经过20年的努力，该技术已从实验室阶段发展到实用应用，可以在不同材质表面大面积涂布，甚至制作成墨水直接打印出彩色图案。这种材料还被用于艺术品创作，体现了科学与艺术的结合。这种光半导体材料还被应用于生物检测领域，通过模仿沙漠虫子的原理，可以在疏水基材上打印出亲水的图案，用于一次性检测多个指标，为环保和医疗等领域提供了便捷的检测手段。

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宋延林介绍，疫情期间开发的新型生物检测芯片，能通过手机APP迅速区分新冠和感冒病毒，后续研发的红绿灯式设备，更便于快速判断检测结果。结合纳米印刷与光学技术，生物检测领域的应用前景广阔。传统印刷电路板制造耗能高且污染大，为解决此问题，他提出用加法代替减法的绿色制造理念，即使用导电材料墨水通过打印制作电线，避免传统工艺中的污染，实现绿色制造。在多方支持下，建立了纳米电子材料生产基地，专注于纳米银导电油墨的生产，并成功应用于电子标卡等产品，对节能减排和双碳目标实现具有重要意义。<o:p></o:p>

纳米绿色印刷研究团队经过多年努力，将印刷图案的精度从几十微米提升至几十纳米，解决了包括咖啡环效应和瑞利失稳在内的多个科学难题，实现了微纳米尺度点、线、面、体的精准控制。团队通过深入研究单墨滴的精准控制，为3D打印技术的发展提供了新的思路和应用领域。这些成就不仅展示了印刷术在电子领域的广阔应用空间，也将为解决科学难题和推动技术进步做出重要贡献。<o:p></o:p>

研究团队成功研发了基于墨滴精准控制的盲文印刷技术，克服了传统盲文印刷的缺点，便利了盲童学习，并广泛应用于公共场所标识和北京冬奥会等。该技术还可应用于单墨滴高精度3D打印，如牙齿和隐形眼镜。团队还创新了全彩色打印技术，通过一种透明墨水打印出细腻的全彩色图案，改变了传统对彩色的认知。在研究过程中，团队发现了墨滴碰撞的新奇现象，有望应用于能源领域。团队致力于将不同材料制成墨水，实现精准控制，并打印出各种应用器件，如柔性电路和器件，为电子产品带来创新。这些研究不仅推动了科技进步，也扩大了中国印刷技术研究在国际科学界的影响。<o:p></o:p>

团队利用纳米印刷技术制备触摸屏，简化了传统工艺并降低成本。同时提出了活性印刷概念，用钙钛矿材料制备高性能光电探测器和柔性太阳能电池，后可以为手机和手表充电。团队还探索了纳米印刷在芯片制造中的应用，成功在硅片上形成数十纳米线宽的电路，并实现了单颗粒精准控制。在芯片设计方面，通过模拟蚂蚁和蜜蜂的能量最低路线来解决最优串线问题，降低了电磁干扰、能耗和信号延迟。这些创新技术有望推动电子器件制造领域的突破和发展。<o:p></o:p>

通过深入研究墨滴成型过程，成功实现了悬挂悬空线的印刷，精度达纳米尺度，进而能够印刷立体结构的器件。探索了纳米印刷的发展极限，并借助控制气泡演化，提出了实现分子尺度图案的新方法。该方法通过设计印刷模板，控制气泡的曲率和压力，实现了气泡的均匀分布，并留下极细的线条。这种技术具有消除摩尔纹现象等应用潜力。他们还主持起草了印刷图形边缘控制的国际标准，为中国在印刷电子领域的发展提供了话语权。