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人民日报 2016年04月29日 星期五
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中科院化学所宋延林团队研发的纳米绿色印刷技术在世界印刷领域全面领先

把“不可能”变为“我能够”(关注·他们为何能领跑①)

本报记者 吴月辉

《 人民日报 》( 2016年04月29日   20 版)

  图为中科院化学所纳米绿色印刷产业化基地绿色制版中心。
  中科院化学所供图

  科技是国家强盛之基,创新是民族进步之魂。当今世界,谁牵住了科技创新这个“牛鼻子”,谁走好了科技创新这步先手棋,谁就能占领先机、赢得优势。

  经过多年的奋斗,我国的科技创新正由过去的跟跑为主,进入跟跑、并跑、领跑三者并存阶段,开始涌现出一些领跑世界的科研成果和研究团队。跟跑易、领跑难,科学上的每一个“第一”,都来之不易。这些团队是如何在竞争日益白热化的全球科技创新赛场上领先的?领跑的背后有哪些内在规律?

  从今天起,科技视野版推出“他们为何能领跑”系列报道,和您一起走近那些令国际同行羡慕的科研团队,探究他们领跑世界的“秘密”。期待广大科技工作者增强创新自信,敢于担当,勇于超越,在更多科技领域成为领跑者,更好发挥创新引领发展第一动力作用。 

  ——编 者

     

  不用感光冲洗,也不产生废水废液,报纸、书籍的版样就可以打印出来;电脑、手机的线路板,不用刻蚀,同样也可以轻松打印出来……这些看似神奇的技术,在我国科研团队的努力下已成为现实。

  这就是在世界印刷领域全面领先的纳米绿色印刷技术,它凭借分辨率高、节能环保和成本低等优势,在印刷产业和印刷电路板行业产生了革命性变革。

  在研发技术的10余年里,中国科学院化学研究所研究员宋延林带领团队共发表SCI收录论文230余篇,被他人引用8000余次;申请国际和中国发明专利70多项,在多个国家获授权发明专利50多项;纳米绿色印刷制版技术在形成系统自主知识产权后,建成了完整的生产线和质量标准体系,从源头上解决了传统制版的污染排放问题。

        

  柯达等国际巨头都是靠感光材料起家,面对非感光的新技术就很难取舍,而这正是我们的机会

  传统的激光照排制版就像相机胶卷一样需要曝光显像,其使用的显影、定影液等化学物质会产生大量污染。即使目前最先进的计算机直接制版技术,也需要感光预涂层和化学处理过程。而纳米绿色印刷技术则完全不需要暗室和曝光过程,也不产生废水和废液,成本还比传统激光照排制版便宜1/3以上。“打个比方,传统的激光照排相当于‘胶片照相机’,较先进的计算机直接制版技术相当于‘拍立得’,而纳米绿色制版技术就像是‘数码相机’。”宋延林说。

  在位于北京怀柔的中科院化学所纳米绿色印刷产业化基地,记者现场感受了纳米绿色印刷技术的神奇魅力。只见生产车间里摆放着几台看似不起眼的制版机,工作人员正将一张铝板放进其中一台机器内,不到3分钟,一张印版就从机器尾端出来了。没有刺鼻的化学药水味,没有排污的管道,甚至没有大的噪音,整个制版过程就轻而易举地完成了。

  宋延林解释说,纳米绿色印刷制版技术的原理就是在亲水的版材上打印出纳米材料形成的亲油的图文区,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,则打印上亲油的纳米材料。这样,当印版上机印刷着墨时,打印有亲油纳米材料的区域就得到图片和文字,而没有打印亲油纳米材料的区域还是空白。

  “纳米绿色印刷技术用纳米涂层取代原来电解氧化的过程,用纳米材料打印制版代替曝光成像,用水性墨代替溶剂性墨,可从源头上解决印刷产业链中80%以上的污染。”宋延林说。

  避免感光和冲洗过程,通过纳米材料对表面亲水、亲油性的控制,完成直接打印图案的过程,这个道理听起来似乎并不复杂。

  然而,10多年前,当宋延林第一次提出这个思路时,便备受业界质疑:“如果这个方法确实可行,那国外科研人员和大公司为何迟迟不去做?”

  对此,宋延林的回答是,数码照相技术最早是柯达公司研发出来的,但由于与其核心感光材料产业冲突,柯达犹豫不决最终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就很难取舍,“而这正是我们的机会”。 

  做真正原创性的研究,就一定要敢于挑战别人没做过、做不到的事情,并且要有非常强的自信心,坚信自己能够做成

  如果说遇到好的机遇更多是凭借眼光和运气,那么,能否抓住机遇和应对挑战并最终走向成功,则往往取决于胆识、决心和能力。

  宋延林常用一句话鞭策自己,即人能通过创新和坚持,把“不可能”变为“我能够”。

  宋延林说:“做真正原创性的研究,就一定要敢于挑战别人没做过、做不到的事情,并且要有非常强的自信心,坚信自己能够做成。但也不能盲目自信,而是要基于自己对科学研究的深入认识。在很多人都质疑的情况下,我还要坚持研发纳米绿色印刷技术,一是要挑战不可能,二是我觉得它符合科学的原理,原理行得通,我才去努力。”

  坚定信心之后,2004年,宋延林和两个同事组成了研究小组,利用几万元启动资金,在化学所一个简陋的地下室里开始了最初的研究工作。

  一直以来,在印刷领域,中国走的是跟踪路线,要么买产品,要么买生产线,要么就是买别人的企业然后把技术带回来。而宋延林要做的这个纳米印刷技术是国外没有的,所以没有任何一个成型的技术可以借鉴。

  “不光是技术,从设备到软件都需要自己来开发。所有的用户都希望拿到手的是一套完整成熟的生产线,只需按按钮就能得到产品,所以,即使是我们不擅长的设备和软件难题,也得努力去攻克。”宋延林说。

  经过4年多艰苦摸索和不断创新,2009年,在小小的地下室里,宋延林等人最终研制出纳米材料绿色制版的第一台样机,并给出版社打印出第一批产品。

  宋延林至今对当时的场景记忆深刻。“在给出版社交付第一批产品的前夜,我们几个人整整熬了一个通宵,生怕出任何闪失。第二天捧着精美的打印产品,真是百感交集。” 

  你做到的要是世界上最好的结果,而不要满足于是最好的结果之一。哪怕是很小的一件事,都要做到极致

  宋延林说,现代科学技术史上,中国提出的理论体系比较少,自己的梦想是形成中国在绿色印刷领域的理论和技术体系。

  之所以有这样的想法,源于宋延林受到的一次强烈“刺激”。宋延林曾陪同一些国外专家来中国参观绿色纳米印刷产业基地。当他为他们讲解毕昇发明活字印刷术时,一位德国专家当即表示不认可,称活字印刷应该是德国的古登堡发明的,而毕昇只是一个传说。

  “当时我很不服气,可后来我去慕尼黑德意志博物馆参观时,发现确有关于古登堡发明活字印刷的展览和详尽记录,古登堡哪一年铸造了铅字,什么时候制出第一台样机,记录和实物都非常完整。而回头看毕昇发明活字印刷的历史,有记录的仅仅是《梦溪笔谈》里的记载。”宋延林说,“当时我就下决心,一定要让我们的纳米绿色印刷技术被世界承认,要做到这一点就必须有自己完整的理论和技术体系。”

  宋延林团队首先想到的,就是提出纳米绿色印刷三定律。

  “对一个印刷图形来讲,最重要的就是点、线和面的控制,如果你能做到最小的点、最细的线、最平的面,你的印刷质量一定是最高的。在这里我们要首先解决最小点的问题,完成第一个定律。”宋延林说。

  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”,即一个墨滴从打印的喷孔喷出后会扩散,比喷孔孔径要大。如果能控制让墨滴不是扩大而是缩小,便解决了最小点的问题。经过攻关,宋延林团队做到了用一个25微米的喷孔打印机打出一个1.6微米的点。

  “做出这个结果之后,我跟大家说,现在这个结果只能算是一个偶然,还不能成为常态,所以我们得继续努力,不要急于发表论文,要做就做到极致。”宋延林说。 

  最终,在坚持不懈的努力下,宋延林团队可以做到对墨滴大小甚至是取向精准自如的控制。“我们现在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或波浪线。”

  宋延林说,自己给团队成员和学生设定的要求是,你做到的要是世界上最好的结果,而不要满足于是最好的结果之一。哪怕是很小的一件事,都要做到极致。

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