從印刷術(shù)到納米術(shù)

我國(guó)古代的四大發(fā)明中，除了火藥源于古代的煉丹術(shù)，其他三項(xiàng)發(fā)明都可歸屬為古代信息技術(shù)。造紙術(shù)、印刷術(shù)是古代信息技術(shù)具有重大意義的突破和偉大的成就之一。是文藝復(fù)興時(shí)代到來(lái)的重要前奏。被馬克思稱(chēng)為“預(yù)告資產(chǎn)階級(jí)社會(huì)到來(lái)的三大發(fā)明”。著名科學(xué)家錢(qián)學(xué)森認(rèn)為，“納米左右和納米以下的結(jié)構(gòu)將是下一階段科技發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)，會(huì)是一次技術(shù)革命，從而將引起"21世紀(jì)又一次產(chǎn)業(yè)革命。”印刷從其發(fā)明之日起，經(jīng)歷了500多年的“鉛與火”歲月，渡過(guò)了近百年的“光與電”時(shí)光，現(xiàn)在又進(jìn)入了“數(shù)與網(wǎng)”的時(shí)代。20年前，中國(guó)科學(xué)家?guī)ьI(lǐng)中國(guó)印刷業(yè)告別了鉛與火，迎來(lái)光與電，遠(yuǎn)程傳版、彩色出版、數(shù)碼印刷系統(tǒng)，告別了紙和筆，迎來(lái)了數(shù)與網(wǎng)。成為我國(guó)印刷出版技術(shù)領(lǐng)先于世界的又一里程碑。20世紀(jì)90年代，高保真印刷已悄然向我們走來(lái)，它的網(wǎng)點(diǎn)大約在10-20um之間，這表明印刷材料離納米層次已經(jīng)不遠(yuǎn)了。

用納米材料制造印刷材料或把納米材料添加到印刷材料中去，制成納米油墨、納米紙張、納米印刷機(jī)以及其他的各種納米印刷輔助材料，可以大大提高印刷品質(zhì)量，或者產(chǎn)生有特殊功能的印刷品，能給印刷行業(yè)帶來(lái)繼光與電之后的又一次技術(shù)革命。

目前，納米技術(shù)已經(jīng)涌現(xiàn)出了二種打造納米結(jié)構(gòu)的方法，即“自上而下法”與“自下而上法”。到現(xiàn)在為止，我們討論過(guò)的所有各種刻印術(shù)都屬于“自上而下法”，而“自下而上法”實(shí)際上是一種分子構(gòu)造術(shù)。“自上而下”的方法采用了類(lèi)似于雕刻的過(guò)程，如電子束印刷術(shù)，已經(jīng)達(dá)到接近原子水平的精確度。在相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)，“從上到下”的方法極有可能是建造真正復(fù)雜的裝置的首選方法。掃描探針顯微術(shù)在分辨本領(lǐng)、定位精度和可造性這些重要方面都能滿(mǎn)足納米印刷術(shù)的要求。用掃描探針顯微術(shù)可以進(jìn)行原子級(jí)印刷。可以認(rèn)定，納米術(shù)是印刷術(shù)擴(kuò)散思維大顯神通的結(jié)果。

納米生產(chǎn)工藝，特別是金子“納米點(diǎn)狀物”的制備，不是什么新的事物。中世紀(jì)和維多利亞時(shí)代教堂里五彩斑讕的玻璃窗戶(hù)上就可以看到各種色彩；古代的陶器上涂有不同彩釉，都是依據(jù)材料的納米尺度性能不同于宏觀(guān)尺度的性能。特別是納米金粉，根據(jù)尺度不同會(huì)呈現(xiàn)出桔黃、紫色、紅色或黛綠色。在某種意義上講，第一個(gè)納米工藝師實(shí)際上是中世紀(jì)的鍛造爐前的玻璃工藝師，而不是現(xiàn)代半導(dǎo)體廠(chǎng)的靈巧的工人。顯然，上釉工人并不理解為什么他們對(duì)金子的處理會(huì)使金子呈現(xiàn)不同的顏色，但我們現(xiàn)在已十分清楚其中的奧妙。

納米技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)，形成了一個(gè)介于化學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)和電子工程之間的新科技領(lǐng)域，是以許多現(xiàn)代先進(jìn)科學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ)的科學(xué)技術(shù)，它是現(xiàn)代科學(xué)和現(xiàn)代技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，將使原有領(lǐng)域的研究和應(yīng)用發(fā)生革命性的變化，又將引發(fā)一系列新的科學(xué)技術(shù)，幾乎在當(dāng)代科技的全部分支里都融合了納米技術(shù)。無(wú)疑，納米包裝印刷術(shù)也概不例外。

納米技術(shù)在印刷行業(yè)中的應(yīng)用

新材料的印刷。當(dāng)采取某種特殊的表面加工處理后，在介質(zhì)上能形成交錯(cuò)混合的兩種性質(zhì)不同的二維表面，而每個(gè)相面的表面積，以及兩相構(gòu)造的“界面”是納米尺寸存在時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生超親水性和超親油性界面。可以想象，今后的印刷品的分辨率將會(huì)更高。

由于印版的發(fā)展，對(duì)油墨的要求也必然會(huì)相應(yīng)提高。

目前，用直流電弧等離子方法生產(chǎn)超細(xì)金屬材料“納米金屬微粉”的技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，納米材料工程從金屬、半導(dǎo)體領(lǐng)域發(fā)展到紛繁多樣的有機(jī)領(lǐng)域是一個(gè)必然的趨勢(shì)。當(dāng)建立了超細(xì)材料的有效制備方法，并解決了有機(jī)材料中普遍存在的穩(wěn)定性問(wèn)題后，油墨的性能必定會(huì)有一個(gè)飛躍。包裝印刷材料主要是指PS板、紙張、油墨。由于納米技術(shù)的特性，將極大地改變它們的印刷適性，更好地與印刷條件相匹配。眾所周知，PS板的最佳粗糙度范圍是450-650nm。可以想象納米技術(shù)對(duì)PS版的性能影響有多大。印刷存在的耐印力不高、粗糙度不勻不細(xì)、感光液的性能等問(wèn)題都會(huì)隨著納米技術(shù)的應(yīng)用迎刃而解。納米科技是“創(chuàng)造”高性能、高效比、高功能等新包裝的最新技術(shù)，因此納米復(fù)合包材有著強(qiáng)勁的發(fā)展動(dòng)力和廣闊的應(yīng)用前景。例如在高分子聚合物中加入10%的納米（熱致液晶聚合物）就會(huì)使材料的拉伸強(qiáng)度提高到476Mpa，從而大大拓展了包裝材料的用途。

納米包裝印刷術(shù)的理論基礎(chǔ)

納米包裝印刷術(shù)是納米技術(shù)與包裝印刷科學(xué)交叉與融合的一門(mén)新學(xué)科，它的理論基礎(chǔ)包括：（1）納米技術(shù)必須具備二個(gè)條件：一是納米尺寸；二是自然界里所沒(méi)有的新物性。（2）納米科技中功用性最強(qiáng)的研究領(lǐng)域有三類(lèi)，即納米材料、納米器件、納米檢測(cè)與表征。（3）納米材料。將普通材料制成納米量級(jí)后，出現(xiàn)了極其特有的四大效應(yīng)，即小尺寸效應(yīng)或稱(chēng)體積效應(yīng)、表面效應(yīng)與界面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀(guān)量子隧道效應(yīng)。（4）納米技術(shù)路線(xiàn)與納米制造是實(shí)現(xiàn)納米態(tài)的關(guān)鍵技術(shù)。其途徑有兩條：一是自上而上（Top-down）另一條是自下而上（bottom-up）的過(guò)程。（5）納米材料科學(xué)與納米加工學(xué)是包裝印刷術(shù)在納米諸學(xué)科中關(guān)系最緊密的兩個(gè)基礎(chǔ)學(xué)科。

納米包裝印刷術(shù)的基本概念

納米包裝印刷的定義：盡管目前尚無(wú)納米包裝印刷的準(zhǔn)確定義，但從納米科學(xué)的角度出發(fā)，納米包裝印刷是指使用納米材料、納米技術(shù)對(duì)包裝印刷產(chǎn)品進(jìn)行納米合成、納米添加、納米改性，使其具備納米結(jié)構(gòu)、尺度、特異功能的包裝印刷新物性的總稱(chēng)。

納米包裝印刷具備的四個(gè)要素：納米包裝印刷材料要素、納米包裝容器與印刷載體要素、納米包裝印刷技術(shù)要素、納米包裝印刷信息要素。

納米包裝印刷材料：是指分散相尺寸為1-100NM的顆粒或晶體與其他包裝印刷材料合成或添加制成的納米復(fù)合包裝印刷材料的體系。

納米包裝印刷的研究對(duì)象和任務(wù)：納米包裝印刷研究的內(nèi)容是：納米包裝印刷技術(shù)（制備方法）、納米包裝印刷材料、納米包裝印刷結(jié)構(gòu)、納米包裝印刷機(jī)械、納米包裝印刷測(cè)試、納米包裝印刷理論、納米包裝印刷市場(chǎng)等。研究納米包裝印刷物在物流過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和規(guī)律，納米包裝印刷物的物性功能變化的規(guī)律與制備技術(shù)；研究納米包裝印刷與多學(xué)科的關(guān)系，從而提出全新的包裝印刷概念，改進(jìn)和創(chuàng)造新的包裝印刷技術(shù)，包裝技術(shù)和裝潢技術(shù)，縮短現(xiàn)有包裝印刷企業(yè)與納米包裝印刷的工程化、產(chǎn)業(yè)化和商品化的進(jìn)程。

納米技術(shù)對(duì)包裝印刷設(shè)備的影響

印刷機(jī)的供墨系統(tǒng)是保證正常印刷的重要部件。墨輥?zhàn)饔檬窍蛴“姹砻鎮(zhèn)鬟f油墨。因此，墨輥材料的選擇對(duì)印刷質(zhì)量的影響是十分重要的。利用納米材料可以改變墨輥的彈塑性、耐油性、耐酸性、耐溶劑性、抗衰老化性和親墨性、傳遞性、耐磨性，進(jìn)而穩(wěn)定印刷傳遞條件。同樣，利用納米材料可以提高印刷橡皮布質(zhì)量，進(jìn)而穩(wěn)定印刷的壓印條件，提高印刷質(zhì)量。

納米技術(shù)在傳動(dòng)上也將得到應(yīng)用。如極小的微電機(jī)系統(tǒng)（MEMS），微電子系統(tǒng)能在一個(gè)硅晶片上放置100萬(wàn)個(gè)微型機(jī)器，每臺(tái)機(jī)器都有電子控制系統(tǒng)。美國(guó)德克薩斯公司已使用MEMS技術(shù)開(kāi)發(fā)顯示視頻圖像的芯片。印刷機(jī)上安裝了那么細(xì)的傳感器———傳動(dòng)裝置，就可以十分精確地對(duì)壓力、速度、位置等進(jìn)行調(diào)控。

印刷設(shè)備的主要問(wèn)題是機(jī)械精度問(wèn)題。一是在制造過(guò)程中由于制造技術(shù)水平而產(chǎn)生的固有缺陷；二是在印刷生產(chǎn)過(guò)程中由于機(jī)械磨損而產(chǎn)生的故障。印刷設(shè)備中易磨損的主要部件有：齒輪、凸輪、滾筒的軸頸與軸套（或偏心套）等部件。隨著納米技術(shù)的運(yùn)用，可以大幅度提高這些關(guān)鍵部件的精度和耐磨損程度，降低維修成本，提高印刷產(chǎn)品的印刷質(zhì)量。通過(guò)采用納米技術(shù)，可以開(kāi)發(fā)出納米包裝系統(tǒng)。把微米級(jí)的各種不同類(lèi)型的添加劑制成納米級(jí)的產(chǎn)品，就會(huì)使傳統(tǒng)的包裝印刷產(chǎn)品更新?lián)Q代。同時(shí)，納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)將通過(guò)納米粉末和薄膜的制造和應(yīng)用，把精密制造技術(shù)推廣到整個(gè)包裝印刷產(chǎn)業(yè)中去。

納米包裝印刷產(chǎn)業(yè)化的目標(biāo)展望

包裝印刷行業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的份額已排在第十四位，年產(chǎn)值超過(guò)3000億元，年增長(zhǎng)15%左右。無(wú)疑，我國(guó)已是世界包裝大國(guó)，但還不是包裝強(qiáng)國(guó)。環(huán)保、IT技術(shù)與納米技術(shù)相結(jié)合將是本學(xué)科發(fā)展的方向。

納米包裝產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)是包裝材料與包裝技術(shù)。就目前的情況而言，納米技術(shù)在包裝中的研究及應(yīng)用基本上還剛起步，然而，納米技術(shù)必將成為世界包裝領(lǐng)域的“制高點(diǎn)”。過(guò)去，我國(guó)包裝工業(yè)的一些先進(jìn)設(shè)備、先進(jìn)材料、先進(jìn)技術(shù)，大多是依靠進(jìn)口。納米技術(shù)的出現(xiàn)，將為我國(guó)包裝工業(yè)發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新帶來(lái)機(jī)遇，我們必須加快技術(shù)創(chuàng)新的進(jìn)程，力爭(zhēng)走在世界的前列。納米，將圓我包裝強(qiáng)國(guó)之夢(mèng)。

與任何技術(shù)產(chǎn)生后的影響一樣，市場(chǎng)對(duì)納米技術(shù)非常關(guān)注。目前，全球納米技術(shù)營(yíng)業(yè)額已經(jīng)超過(guò)500億美元/年。納米科技將徹底改變目前的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，并孕育著巨大的商機(jī)。根據(jù)斯坦福商業(yè)信息咨詢(xún)公司的《納米技術(shù)》報(bào)告，到2010年全世界納米材料的市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將超過(guò)2000億美元，很快就將展現(xiàn)給人們一個(gè)多夢(mèng)的時(shí)代。

盡管科學(xué)界與企業(yè)界都做了大量努力，但兩者的接觸渠道還不夠通暢，企業(yè)界對(duì)納米科技的認(rèn)識(shí)還有待逐步提高。納米技術(shù)畢竟是高科技，在轉(zhuǎn)化到產(chǎn)業(yè)的過(guò)程中需要成熟的技術(shù)，對(duì)這些在材料合成和材料添加方面的成熟技術(shù)，需要與企業(yè)工藝流程相吻合。于是，一個(gè)新的產(chǎn)業(yè)———納米產(chǎn)業(yè)已經(jīng)產(chǎn)生。

對(duì)細(xì)微處顯神奇的納米技術(shù)，在制造行業(yè)里，有人把納米稱(chēng)為“工業(yè)味精”。因?yàn)椋�把納米顆粒撒入許多傳統(tǒng)材料中，可以改進(jìn)或獲得一系列的新功能，出現(xiàn)令人叫絕的舊貌換新顏，這種改進(jìn)并不見(jiàn)得昂貴，但卻使產(chǎn)品更具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

要用納米技術(shù)改變包裝印刷企業(yè)的原有產(chǎn)品和制造技術(shù)是非常不易的。實(shí)際上，作為制造技術(shù)，納米技術(shù)可以制造出許多出人意料、具有全新特性、全新功能的產(chǎn)品。比如，以“白堊和貝殼”為例，這兩種東西質(zhì)地相同，都是碳酸鈣，但是在硬度上一個(gè)脆，一個(gè)非常硬，具有完全不同的性質(zhì)。從這種考慮出發(fā)，利用納米技術(shù)制造工藝，就有可能提高它們的質(zhì)地。所以，納米技術(shù)不僅僅只是提高質(zhì)地的手段，而且可以作為重要的制造技術(shù)，這也是今后企業(yè)發(fā)展的重要課題之一。從日本關(guān)西地區(qū)的成功企業(yè)來(lái)看，幾乎都與研究或使用納米技術(shù)有關(guān)，所以對(duì)日本企業(yè)來(lái)說(shuō)，納米技術(shù)的應(yīng)用與否是使企業(yè)間產(chǎn)生差別的非常有效的手段。日本有位科學(xué)家甚至說(shuō)：“今后與納米技術(shù)毫無(wú)關(guān)聯(lián)的企業(yè)，必定會(huì)走向崩潰。”

為了使我國(guó)包裝界在21世紀(jì)的納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)化中占有一席之地，從前沿性、戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性來(lái)考慮，當(dāng)前要繼續(xù)做好基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究的銜接和成果的轉(zhuǎn)化，研究納米合成、納米添加對(duì)傳統(tǒng)包裝印刷材料改性和技術(shù)改造，擴(kuò)大納米材料在包裝印刷的應(yīng)用范圍，提升高新技術(shù)含量，搶占產(chǎn)業(yè)先機(jī)，實(shí)現(xiàn)跨越式的發(fā)展。很明顯，誰(shuí)要在21世紀(jì)站在世界最高新技術(shù)領(lǐng)域的前沿，誰(shuí)就應(yīng)該在納米科技領(lǐng)域領(lǐng)先一步。

目前在我國(guó)，納米包裝印刷材料的改性更貼近于應(yīng)用，要找到納米技術(shù)的應(yīng)用與現(xiàn)實(shí)技術(shù)體系的結(jié)合點(diǎn)，使納米技術(shù)得到盡快的應(yīng)用。國(guó)家973納米領(lǐng)域首席科學(xué)家說(shuō)：“納米塑料將是我國(guó)最有希望實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的納米技術(shù)之一。”在包裝印刷領(lǐng)域有：納米油墨、納米顏料、納米紙、納米薄膜、聚合物基納米復(fù)合材料、納米發(fā)光材料、納米抗菌包裝、納米黏合劑、納米防偽印刷、納米軍品防護(hù)包裝、納米綠色包裝、納米光刻印刷技術(shù)、納米磁印刷等都已經(jīng)獲得突破，有些已經(jīng)初步產(chǎn)業(yè)化，納米材料和納米結(jié)構(gòu)的評(píng)價(jià)手段基本齊全，已達(dá)到20世紀(jì)90年代末的國(guó)際先進(jìn)水平。

為此，下一步必須加快引進(jìn)、消化、吸收與創(chuàng)新相結(jié)合，以重點(diǎn)示范企業(yè)為突破口，推動(dòng)納米產(chǎn)業(yè)發(fā)展，重點(diǎn)建設(shè)若干推廣示范企業(yè)，引進(jìn)若干納米新技術(shù)和新產(chǎn)品，尋找若干納米技術(shù)依托研究單位。由從事納米技術(shù)包裝印刷應(yīng)用研究的高等院校、研究機(jī)構(gòu)的專(zhuān)家及開(kāi)發(fā)納米技術(shù)、納米材料包裝印刷應(yīng)用的企業(yè)家，共同組建“全國(guó)納米技術(shù)包裝應(yīng)用研究會(huì)”，隸屬于中國(guó)包裝聯(lián)合會(huì)，承擔(dān)全國(guó)范圍的納米技術(shù)包裝印刷應(yīng)用研究的咨詢(xún)、規(guī)劃、技術(shù)培訓(xùn)、研究課題及納米包裝印刷產(chǎn)業(yè)化的協(xié)調(diào)指導(dǎo)等工作。要不失時(shí)機(jī)地導(dǎo)入納米技術(shù)，率先打開(kāi)納米級(jí)包裝印刷領(lǐng)域的大門(mén)。

納米技術(shù)和納米材料的應(yīng)用和開(kāi)發(fā)，為中國(guó)包裝界提供了一個(gè)千載難逢的大好時(shí)機(jī)，機(jī)不可失，時(shí)不再來(lái)。對(duì)于行使全國(guó)包裝行業(yè)管理職能的中國(guó)包裝聯(lián)合會(huì)來(lái)說(shuō)，責(zé)無(wú)旁貸，必須緊緊抓住這次機(jī)遇，堅(jiān)持“有所為，有所不為”的原則，突出重點(diǎn)，強(qiáng)化支持，狠抓數(shù)年，必有成效。

“試看明日之包裝，竟是納米的天下。”

西方有句格言：“機(jī)遇永遠(yuǎn)落在有準(zhǔn)備的人們頭上。”一位納米科技專(zhuān)家的至理名言：“發(fā)達(dá)國(guó)家尚處在納米科技產(chǎn)業(yè)化的前夜，我國(guó)存在跨越式的發(fā)展機(jī)遇。”面對(duì)我們國(guó)家處于跨越式的納米科技產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展機(jī)遇時(shí)，中國(guó)包裝印刷界準(zhǔn)備好了嗎？這是一項(xiàng)意義深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略，必將承載著歷史重任，實(shí)現(xiàn)中華民族的偉大復(fù)興。