從印刷術到納米術

我國古代的四大發明中，除了火藥源于古代的煉丹術，其他三項發明都可歸屬為古代信息技術。造紙術、印刷術是古代信息技術具有重大意義的突破和偉大的成就之一。是文藝復興時代到來的重要前奏。被馬克思稱為“預告資產階級社會到來的三大發明”。著名科學家錢學森認為，“納米左右和納米以下的結構將是下一階段科技發展的一個重點，會是一次技術革命，從而將引起"21世紀又一次產業革命。”印刷從其發明之日起，經歷了500多年的“鉛與火”歲月，渡過了近百年的“光與電”時光，現在又進入了“數與網”的時代。20年前，中國科學家帶領中國印刷業告別了鉛與火，迎來光與電，遠程傳版、彩色出版、數碼印刷系統，告別了紙和筆，迎來了數與網。成為我國印刷出版技術領先于世界的又一里程碑。20世紀90年代，高保真印刷已悄然向我們走來，它的網點大約在10-20um之間，這表明印刷材料離納米層次已經不遠了。

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量，或者產生有特殊功能的印刷品，能給印刷行業帶來繼光與電之后的又一次技術革命。

目前，納米技術已經涌現出了二種打造納米結構的方法，即“自上而下法”與“自下而上法”。到現在為止，我們討論過的所有各種刻印術都屬于“自上而下法”，而“自下而上法”實際上是一種分子構造術。“自上而下”的方法采用了類似于雕刻的過程，如電子束印刷術，已經達到接近原子水平的精確度。在相當一段時間內，“從上到下”的方法極有可能是建造真正復雜的裝置的首選方法。掃描探針顯微術在分辨本領、定位精度和可造性這些重要方面都能滿足納米印刷術的要求。用掃描探針顯微術可以進行原子級印刷�？梢哉J定，納米術是印刷術擴散思維大顯神通的結果。

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

納米技術的研究和開發，形成了一個介于化學、物理學、生物學和電子工程之間的新科技領域，是以許多現代先進科學技術為基礎的科學技術，它是現代科學和現代技術結合的產物，將使原有領域的研究和應用發生革命性的變化，又將引發一系列新的科學技術，幾乎在當代科技的全部分支里都融合了納米技術。無疑，納米包裝印刷術也概不例外。

納米技術在印刷行業中的應用

新材料的印刷。當采取某種特殊的表面加工處理后，在介質上能形成交錯混合的兩種性質不同的二維表面，而每個相面的表面積，以及兩相構造的“界面”是納米尺寸存在時，就會產生超親水性和超親油性界面�？梢韵胂�，今后的印刷品的分辨率將會更高。

由于印版的發展，對油墨的要求也必然會相應提高。

目前，用直流電弧等離子方法生產超細金屬材料“納米金屬微粉”的技術已經實現，納米材料工程從金屬、半導體領域發展到紛繁多樣的有機領域是一個必然的趨勢。當建立了超細材料的有效制備方法，并解決了有機材料中普遍存在的穩定性問題后，油墨的性能必定會有一個飛躍。包裝印刷材料主要是指PS板、紙張、油墨。由于納米技術的特性，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�？梢韵胂蠹{米技術對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、感光液的性能等問題都會隨著納米技術的應用迎刃而解。納米科技是“創造”高性能、高效比、高功能等新包裝的最新技術，因此納米復合包材有著強勁的發展動力和廣闊的應用前景。例如在高分子聚合物中加入10%的納米（熱致液晶聚合物）就會使材料的拉伸強度提高到476Mpa，從而大大拓展了包裝材料的用途。

納米包裝印刷術的理論基礎

納米包裝印刷術是納米技術與包裝印刷科學交叉與融合的一門新學科，它的理論基礎包括：（1）納米技術必須具備二個條件：一是納米尺寸；二是自然界里所沒有的新物性。（2）納米科技中功用性最強的研究領域有三類，即納米材料、納米器件、納米檢測與表征。（3）納米材料。將普通材料制成納米量級后，出現了極其特有的四大效應，即小尺寸效應或稱體積效應、表面效應與界面效應、量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應。（4）納米技術路線與納米制造是實現納米態的關鍵技術。其途徑有兩條：一是自上而上（Top-down）另一條是自下而上（bottom-up）的過程。（5）納米材料科學與納米加工學是包裝印刷術在納米諸學科中關系最緊密的兩個基礎學科。

納米包裝印刷術的基本概念

納米包裝印刷的定義：盡管目前尚無納米包裝印刷的準確定義，但從納米科學的角度出發，納米包裝印刷是指使用納米材料、納米技術對包裝印刷產品進行納米合成、納米添加、納米改性，使其具備納米結構、尺度、特異功能的包裝印刷新物性的總稱。

納米包裝印刷具備的四個要素：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�；蚓�體與其他包裝印刷材料合成或添加制成的納米復合包裝印刷材料的體系。

納米包裝印刷的研究對象和任務：納米包裝印刷研究的內容是：納米包裝印刷技術（制備方法）、納米包裝印刷材料、納米包裝印刷結構、納米包裝印刷機械、納米包裝印刷測試、納米包裝印刷理論、納米包裝印刷市場等。研究納米包裝印刷物在物流過程中的運動狀態和規律，納米包裝印刷物的物性功能變化的規律與制備技術；研究納米包裝印刷與多學科的關系，從而提出全新的包裝印刷概念，改進和創造新的包裝印刷技術，包裝技術和裝潢技術，縮短現有包裝印刷企業與納米包裝印刷的工程化、產業化和商品化的進程。

納米技術對包裝印刷設備的影響

印刷機的供墨系統是保證正常印刷的重要部件。墨輥作用是向印版表面傳遞油墨。因此，墨輥材料的選擇對印刷質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，進而穩定印刷傳遞條件。同樣，利用納米材料可以提高印刷橡皮布質量，進而穩定印刷的壓印條件，提高印刷質量。

納米技術在傳動上也將得到應用。如極小的微電機系統（MEMS），微電子系統能在一個硅晶片上放置100萬個微型機器，每臺機器都有電子控制系統。美國德克薩斯公司已使用MEMS技術開發顯示視頻圖像的芯片。印刷機上安裝了那么細的傳感器———傳動裝置，就可以十分精確地對壓力、速度、位置等進行調控。

印刷設備的主要問題是機械精度問題。一是在制造過程中由于制造技術水平而產生的固有缺陷；二是在印刷生產過程中由于機械磨損而產生的故障。印刷設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。隨著納米技術的運用，可以大幅度提高這些關鍵部件的精度和耐磨損程度，降低維修成本，提高印刷產品的印刷質量。通過采用納米技術，可以開發出納米包裝系統。把微米級的各種不同類型的添加劑制成納米級的產品，就會使傳統的包裝印刷產品更新換代。同時，納米技術產業將通過納米粉末和薄膜的制造和應用，把精密制造技術推廣到整個包裝印刷產業中去。

納米包裝印刷產業化的目標展望

包裝印刷行業在國民經濟中的份額已排在第十四位，年產值超過3000億元，年增長15%左右。無疑，我國已是世界包裝大國，但還不是包裝強國。環保、IT技術與納米技術相結合將是本學科發展的方向。

納米包裝產業的重點是包裝材料與包裝技術。就目前的情況而言，納米技術在包裝中的研究及應用基本上還剛起步，然而，納米技術必將成為世界包裝領域的“制高點”。過去，我國包裝工業的一些先進設備、先進材料、先進技術，大多是依靠進口。納米技術的出現，將為我國包裝工業發展和技術創新帶來機遇，我們必須加快技術創新的進程，力爭走在世界的前列。納米，將圓我包裝強國之夢。

與任何技術產生后的影響一樣，市場對納米技術非常關注。目前，全球納米技術營業額已經超過500億美元/年。納米科技將徹底改變目前的產業結構，并孕育著巨大的商機。根據斯坦福商業信息咨詢公司的《納米技術》報告，到2010年全世界納米材料的市場規模預計將超過2000億美元，很快就將展現給人們一個多夢的時代。

盡管科學界與企業界都做了大量努力，但兩者的接觸渠道還不夠通暢，企業界對納米科技的認識還有待逐步提高。納米技術畢竟是高科技，在轉化到產業的過程中需要成熟的技術，對這些在材料合成和材料添加方面的成熟技術，需要與企業工藝流程相吻合。于是，一個新的產業———納米產業已經產生。

對細微處顯神奇的納米技術，在制造行業里，有人把納米稱為“工業味精”。因為，把納米顆粒撒入許多傳統材料中，可以改進或獲得一系列的新功能，出現令人叫絕的舊貌換新顏，這種改進并不見得昂貴，但卻使產品更具有市場競爭力。

要用納米技術改變包裝印刷企業的原有產品和制造技術是非常不易的。實際上，作為制造技術，納米技術可以制造出許多出人意料、具有全新特性、全新功能的產品。比如，以“白堊和貝殼”為例，這兩種東西質地相同，都是碳酸鈣，但是在硬度上一個脆，一個非常硬，具有完全不同的性質。從這種考慮出發，利用納米技術制造工藝，就有可能提高它們的質地。所以，納米技術不僅僅只是提高質地的手段，而且可以作為重要的制造技術，這也是今后企業發展的重要課題之一。從日本關西地區的成功企業來看，幾乎都與研究或使用納米技術有關，所以對日本企業來說，納米技術的應用與否是使企業間產生差別的非常有效的手段。日本有位科學家甚至說：“今后與納米技術毫無關聯的企業，必定會走向崩潰。”

為了使我國包裝界在21世紀的納米技術產業化中占有一席之地，從前沿性、戰略性、基礎性來考慮，當前要繼續做好基礎研究與應用研究的銜接和成果的轉化，研究納米合成、納米添加對傳統包裝印刷材料改性和技術改造，擴大納米材料在包裝印刷的應用范圍，提升高新技術含量，搶占產業先機，實現跨越式的發展。很明顯，誰要在21世紀站在世界最高新技術領域的前沿，誰就應該在納米科技領域領先一步。

目前在我國，納米包裝印刷材料的改性更貼近于應用，要找到納米技術的應用與現實技術體系的結合點，使納米技術得到盡快的應用。國家973納米領域首席科學家說：“納米塑料將是我國最有希望實現產業化的納米技術之一。”在包裝印刷領域有：納米油墨、納米顏料、納米紙、納米薄膜、聚合物基納米復合材料、納米發光材料、納米抗菌包裝、納米黏合劑、納米防偽印刷、納米軍品防護包裝、納米綠色包裝、納米光刻印刷技術、納米磁印刷等都已經獲得突破，有些已經初步產業化，納米材料和納米結構的評價手段基本齊全，已達到20世紀90年代末的國際先進水平。

為此，下一步必須加快引進、消化、吸收與創新相結合，以重點示范企業為突破口，推動納米產業發展，重點建設若干推廣示范企業，引進若干納米新技術和新產品，尋找若干納米技術依托研究單位。由從事納米技術包裝印刷應用研究的高等院校、研究機構的專家及開發納米技術、納米材料包裝印刷應用的企業家，共同組建“全國納米技術包裝應用研究會”，隸屬于中國包裝聯合會，承擔全國范圍的納米技術包裝印刷應用研究的咨詢、規劃、技術培訓、研究課題及納米包裝印刷產業化的協調指導等工作。要不失時機地導入納米技術，率先打開納米級包裝印刷領域的大門。

納米技術和納米材料的應用和開發，為中國包裝界提供了一個千載難逢的大好時機，機不可失，時不再來。對于行使全國包裝行業管理職能的中國包裝聯合會來說，責無旁貸，必須緊緊抓住這次機遇，堅持“有所為，有所不為”的原則，突出重點，強化支持，狠抓數年，必有成效。

“試看明日之包裝，竟是納米的天下。”

西方有句格言：“機遇永遠落在有準備的人們頭上。”一位納米科技專家的至理名言：“發達國家尚處在納米科技產業化的前夜，我國存在跨越式的發展機遇。”面對我們國家處于跨越式的納米科技產業化的發展機遇時，中國包裝印刷界準備好了嗎？這是一項意義深遠的戰略，必將承載著歷史重任，實現中華民族的偉大復興。