纳米材料在印刷中的应用研究

王耀文 江苏安全技术职业学院

1 纳米材料的特性

纳米的英文全写为namometer，1纳米与10亿分之一米相等，约为45个原子串起来的长度。而纳米结构，一般是指微小结构，其尺寸通常在100纳米以下。当前的纳米科技研究，主要方向是纳米材料，即晶粒大小在1～100纳米范围的物质。相关的大量研究表明，当材料粒子进入纳米级粒子时，会产生表面与界面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应以及宏观量子隧道效应等特性。

1.1 表面与界面效应

纳米晶体粒表面的原子数与总原子数的比例，会随着粒径变小而急剧增大，从而引起性质上的变化。表现为直径降低，表面原子数量增多，这种变化被称为表面与界面效应。其中，超微颗粒的表面活性很高，金属颗粒空气中会迅速氧化而燃烧。

1.2 小尺寸效应

当纳米微粒尺寸与光波波长、超导态的相干长度、传导电子的德布罗意波长以及透射深度等物理特征的尺寸一直或偏小时，纳米微粒的周期性边界会被破坏，从而出现声、光、电、磁、热等性能现象。而由于颗粒尺寸发生量变，在一定条件下，就会引起颗粒性质的质变。所以颗粒尺寸变小，会所引起宏观的物理性质的变化，这种变化就被称为小尺寸效应。

1.3 量子尺寸效应

当粒子的尺寸增长至纳米量级时，费米能级附近的电子能级，会由连续态分裂成分立能级。如果能级间距大于其他能时，如光子能、磁能、热能、静电能、静磁能、超导态的凝聚能等，就会出现纳米材料的量子效应，从而引起磁、光、声、热、电、超导电的性能变化。

1.4 宏观量子隧道效应

隧道效应是指微观粒子具有贯穿势垒的能力，而纳米粒子的磁化强度等，也同样具有隧道效应，它们可以穿过宏观系统的势垒，从而引起变化，因此被称作纳米粒子的宏观量子隧道效应。

2 纳米材料在印刷中的应用研究

1.1 纳米纸

传统的纸张主要由树木、竹、麻等纤维制成，因为充填物的颗粒较大，所以纸张通常具有怕水、怕潮等缺点。而随着纳米技术的应用愈益广泛，造纸业也不断引入这一新型技术。目前，木纤维加工的水平是微米（100～1000nm），通过木材纳米技术，可以促使木材细胞结构和控制细胞生长的改变，从而改变木材的特性。在造纸涂料的涂布白纸板涂料中，加入纳米碳酸钙，有利于涂层几种重要性能指针的提高，如IGT值、K&N油墨吸收性、平滑度等，从而大幅度改善白纸板的性能。

现阶段，在造纸工业中，纳米技术的应用已进入实用性生产环节，如河南银鸽公司，联合了华中师范大学纳米科技研究院，共同引入国际最先进的纳米技术，在普通纸表面制备纳米结构层，从而成功的研制出防水纳米纸。该纸张保持原有的书写、复印功能，还增加了超级疏水性和防潮、提高印刷表面强度、降低伸缩率的特殊性能。

2.2 纳米油墨

油墨细度直接影响着印刷品的质量，其细度越高，着色力也就越强，印刷品的网点清晰度和饱满度就更高。近年来，纳米级透明氧化铁系列颜料，被科技部评为国家重点新产品。其纳米金属微粒，可吸收全部光波，从而使自身呈黑色，同时对光产生散射作用。在黑色油墨中添加纳米金属微粒，有效改善黑色油墨的纯度和密度。同时，半导体纳米粒子表面在化学修饰后，粒子周围的介质能够显著影响光学特质，吸收光谱，从而引起红移或蓝移现象。如果在油墨中分别加入黄色和青色来研制纳米油墨，可提高黄墨和青墨的纯度，使得印刷品的层次更丰富。

2.3 纳米陶瓷

纳米陶瓷主要是指显微结构中，具有纳米级尺度的物相材料。这种物相材料能够大幅度提高材料的强度、韧性和超塑性。目前在柔版印刷中，常见的是激光雕刻的陶瓷网纹辊，被普遍认为是柔版印刷提高质量的核心环节。常用的窄幅柔性版印刷机和UV油墨柔印机，基本都是应用了陶瓷网纹辊。基于柔印发展的角度，陶瓷网纹辊会成为发展的潮流，而金属网纹辊会因此被全部淘汰。英国著名材料专家Cahn指出，解决陶瓷脆性的重要战略方向就是使用纳米陶瓷。所以，对柔版印刷使用的网纹辊而言，当加工网纹辊采用等离子热喷涂工艺时，必须在基材表面喷涂出高质量的涂层，其硬度必须达到HV300～1300范围，一般孔隙率要求不高于1%。而超过1200线的网纹辊，其孔隙率则必须低于0.5%，且同步保障涂层结构均匀、高硬度、高密度等要求，有效改善硬度、韧性、耐磨度等性能。

3 结论

凭借分辨率高、节能环保和成本低等优势，我国的纳米绿色印刷技术在世界印刷领域全面领先，引起了印刷产业和印刷电路板行业的革命性变革。可见，纳米技术的发展与普及，已经对印刷和印刷油墨具有举足轻重的作用。印刷行业如果想要进一步扩大市场，并延伸至电子等新兴领域发展，就要重视对纳米技术和纳米材料的应用和研究。

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