納米材料在印刷中的應用研究

王耀文 江蘇安全技術職業學院

1 納米材料的特性

納米的英文全寫為namometer，1納米與10億分之一米相等，約為45個原子串起來的長度。而納米結構，一般是指微小結構，其尺寸通常在100納米以下。當前的納米科技研究，主要方向是納米材料，即晶粒大小在1～100納米范圍的物質。相關的大量研究表明，當材料粒子進入納米級粒子時，會產生表面與界面效應、小尺寸效應、量子尺寸效應以及宏觀量子隧道效應等特性。

1.1 表面與界面效應

納米晶體粒表面的原子數與總原子數的比例，會隨著粒徑變小而急劇增大，從而引起性質上的變化。表現為直徑降低，表面原子數量增多，這種變化被稱為表面與界面效應。其中，超微顆粒的表面活性很高，金屬顆?？諝庵袝杆傺趸紵?。

1.2 小尺寸效應

當納米微粒尺寸與光波波長、超導態的相干長度、傳導電子的德布羅意波長以及透射深度等物理特征的尺寸一直或偏小時，納米微粒的周期性邊界會被破壞，從而出現聲、光、電、磁、熱等性能現象。而由于顆粒尺寸發生量變，在一定條件下，就會引起顆粒性質的質變。所以顆粒尺寸變小，會所引起宏觀的物理性質的變化，這種變化就被稱為小尺寸效應。

1.3 量子尺寸效應

當粒子的尺寸增長至納米量級時，費米能級附近的電子能級，會由連續態分裂成分立能級。如果能級間距大于其他能時，如光子能、磁能、熱能、靜電能、靜磁能、超導態的凝聚能等，就會出現納米材料的量子效應，從而引起磁、光、聲、熱、電、超導電的性能變化。

1.4 宏觀量子隧道效應

隧道效應是指微觀粒子具有貫穿勢壘的能力，而納米粒子的磁化強度等，也同樣具有隧道效應，它們可以穿過宏觀系統的勢壘，從而引起變化，因此被稱作納米粒子的宏觀量子隧道效應。

2 納米材料在印刷中的應用研究

1.1 納米紙

傳統的紙張主要由樹木、竹、麻等纖維制成，因為充填物的顆粒較大，所以紙張通常具有怕水、怕潮等缺點。而隨著納米技術的應用愈益廣泛，造紙業也不斷引入這一新型技術。目前，木纖維加工的水平是微米（100～1000nm），通過木材納米技術，可以促使木材細胞結構和控制細胞生長的改變，從而改變木材的特性。在造紙涂料的涂布白紙板涂料中，加入納米碳酸鈣，有利于涂層幾種重要性能指針的提高，如IGT值、K&N油墨吸收性、平滑度等，從而大幅度改善白紙板的性能。

現階段，在造紙工業中，納米技術的應用已進入實用性生產環節，如河南銀鴿公司，聯合了華中師范大學納米科技研究院，共同引入國際最先進的納米技術，在普通紙表面制備納米結構層，從而成功的研制出防水納米紙。該紙張保持原有的書寫、復印功能，還增加了超級疏水性和防潮、提高印刷表面強度、降低伸縮率的特殊性能。

2.2 納米油墨

油墨細度直接影響著印刷品的質量，其細度越高，著色力也就越強，印刷品的網點清晰度和飽滿度就更高。近年來，納米級透明氧化鐵系列顏料，被科技部評為國家重點新產品。其納米金屬微粒，可吸收全部光波，從而使自身呈黑色，同時對光產生散射作用。在黑色油墨中添加納米金屬微粒，有效改善黑色油墨的純度和密度。同時，半導體納米粒子表面在化學修飾后，粒子周圍的介質能夠顯著影響光學特質，吸收光譜，從而引起紅移或藍移現象。如果在油墨中分別加入黃色和青色來研制納米油墨，可提高黃墨和青墨的純度，使得印刷品的層次更豐富。

2.3 納米陶瓷

納米陶瓷主要是指顯微結構中，具有納米級尺度的物相材料。這種物相材料能夠大幅度提高材料的強度、韌性和超塑性。目前在柔版印刷中，常見的是激光雕刻的陶瓷網紋輥，被普遍認為是柔版印刷提高質量的核心環節。常用的窄幅柔性版印刷機和UV油墨柔印機，基本都是應用了陶瓷網紋輥?；谌嵊“l展的角度，陶瓷網紋輥會成為發展的潮流，而金屬網紋輥會因此被全部淘汰。英國著名材料專家Cahn指出，解決陶瓷脆性的重要戰略方向就是使用納米陶瓷。所以，對柔版印刷使用的網紋輥而言，當加工網紋輥采用等離子熱噴涂工藝時，必須在基材表面噴涂出高質量的涂層，其硬度必須達到HV300～1300范圍，一般孔隙率要求不高于1%。而超過1200線的網紋輥，其孔隙率則必須低于0.5%，且同步保障涂層結構均勻、高硬度、高密度等要求，有效改善硬度、韌性、耐磨度等性能。

3 結論

憑借分辨率高、節能環保和成本低等優勢，我國的納米綠色印刷技術在世界印刷領域全面領先，引起了印刷產業和印刷電路板行業的革命性變革?？梢?，納米技術的發展與普及，已經對印刷和印刷油墨具有舉足輕重的作用。印刷行業如果想要進一步擴大市場，并延伸至電子等新興領域發展，就要重視對納米技術和納米材料的應用和研究。

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