從印刷術(shù)到納米術(shù)

我國古代的四大發(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)興時代到來的重要前奏。被馬克思稱為“預(yù)告資產(chǎn)階級社會到來的三大發(fā)明”。著名科學(xué)家錢學(xué)森認為，“納米左右和納米以下的結(jié)構(gòu)將是下一階段科技發(fā)展的一個重點，會是一次技術(shù)革命，從而將引起"21世紀又一次產(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，渡過了近百年的“光與電”時光，現(xiàn)在又進入了“數(shù)與網(wǎng)”的時代。20年前，中國科學(xué)家?guī)ьI(lǐng)中國印刷業(yè)告別了鉛與火，迎來光與電，遠程傳版、彩色出版、數(shù)碼印刷系統(tǒng)，告別了紙和筆，迎來了數(shù)與網(wǎng)。成為我國印刷出版技術(shù)領(lǐng)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(wǎng)點大約在10-20um之間，這表明印刷材料離納米層次已經(jīng)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(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，我們討論過的所有各種刻印術(shù)都屬于“自上而下法”，而“自下而上法”實際上是一種分子構(gòu)造術(shù)。“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(shù)，已經(jīng)達到接近原子水平的精確度。在相當一段時間內(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足納米印刷術(shù)的要求。用掃描探針顯微術(shù)可以進行原子級印刷。可以認定，納米術(shù)是印刷術(shù)擴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(jù)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(jù)尺度不同會呈現(xiàn)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(xiàn)代半導(dǎo)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(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)的研究和開發(fā)，形成了一個介于化學(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)，幾乎在當代科技的全部分支里都融合了納米技術(shù)。無疑，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。當采取某種特殊的表面加工處理后，在介質(zhì)上能形成交錯混合的兩種性質(zhì)不同的二維表面，而每個相面的表面積，以及兩相構(gòu)造的“界面”是納米尺寸存在時，就會產(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更高。

由于印版的發(fā)展，對油墨的要求也必然會相應(yīng)提高。

目前，用直流電弧等離子方法生產(chǎn)超細金屬材料“納米金屬微粉”的技術(shù)已經(jīng)實現(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領(lǐng)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(wěn)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(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(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)合包材有著強勁的發(fā)展動力和廣闊的應(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(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(lǐng)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(xiàn)了極其特有的四大效應(yīng)，即小尺寸效應(yīng)或稱體積效應(yīng)、表面效應(yīng)與界面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)。（4）納米技術(shù)路線與納米制造是實現(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：盡管目前尚無納米包裝印刷的準確定義，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)對包裝印刷產(chǎn)品進行納米合成、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。

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(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(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)化和商品化的進程。

納米技術(shù)對包裝印刷設(shè)備的影響

印刷機的供墨系統(tǒng)是保證正常印刷的重要部件。墨輥作用是向印版表面?zhèn)鬟f油墨。因此，墨輥材料的選擇對印刷質(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)在傳動上也將得到應(yīng)用。如極小的微電機系統(tǒng)（MEMS），微電子系統(tǒng)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(tǒng)。美國德克薩斯公司已使用MEMS技術(shù)開發(fā)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(diào)控。

印刷設(shè)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(shù)水平而產(chǎn)生的固有缺陷；二是在印刷生產(chǎn)過程中由于機械磨損而產(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。通過采用納米技術(shù)，可以開發(fā)出納米包裝系統(tǒng)。把微米級的各種不同類型的添加劑制成納米級的產(chǎn)品，就會使傳統(tǒng)的包裝印刷產(chǎn)品更新?lián)Q代。同時，納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)將通過納米粉末和薄膜的制造和應(yīng)用，把精密制造技術(shù)推廣到整個包裝印刷產(chǎn)業(yè)中去。

納米包裝印刷產(chǎn)業(yè)化的目標展望

包裝印刷行業(yè)在國民經(jīng)濟中的份額已排在第十四位，年產(chǎn)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(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”。過去，我國包裝工業(yè)的一些先進設(shè)備、先進材料、先進技術(shù)，大多是依靠進口。納米技術(shù)的出現(xiàn)，將為我國包裝工業(yè)發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新帶來機遇，我們必須加快技術(shù)創(chuàng)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(shù)產(chǎn)生后的影響一樣，市場對納米技術(shù)非常關(guān)注。目前，全球納米技術(shù)營業(yè)額已經(jīng)超過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。根據(jù)斯坦福商業(yè)信息咨詢公司的《納米技術(shù)》報告，到2010年全世界納米材料的市場規(guī)模預(yù)計將超過2000億美元，很快就將展現(xiàn)給人們一個多夢的時代。

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)界對納米科技的認識還有待逐步提高。納米技術(shù)畢竟是高科技，在轉(zhuǎn)化到產(chǎn)業(yè)的過程中需要成熟的技術(shù)，對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，一個新的產(chǎn)業(yè)———納米產(chǎn)業(yè)已經(jīng)產(chǎn)生。

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

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，但是在硬度上一個脆，一個非常硬，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)來看，幾乎都與研究或使用納米技術(shù)有關(guān)，所以對日本企業(yè)來說，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：“今后與納米技術(shù)毫無關(guān)聯(lián)的企業(yè)，必定會走向崩潰。”

為了使我國包裝界在21世紀的納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)化中占有一席之地，從前沿性、戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性來考慮，當前要繼續(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、納米添加對傳統(tǒng)包裝印刷材料改性和技術(shù)改造，擴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，實現(xiàn)跨越式的發(fā)展。很明顯，誰要在21世紀站在世界最高新技術(shù)領(lǐng)域的前沿，誰就應(yīng)該在納米科技領(lǐng)域領(lǐng)先一步。

目前在我國，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)實技術(shù)體系的結(jié)合點，使納米技術(shù)得到盡快的應(yīng)用。國家973納米領(lǐng)域首席科學(xué)家說：“納米塑料將是我國最有希望實現(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(chuàng)新相結(jié)合，以重點示范企業(yè)為突破口，推動納米產(chǎn)業(yè)發(fā)展，重點建設(shè)若干推廣示范企業(yè)，引進若干納米新技術(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、研究機構(gòu)的專家及開發(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“全國納米技術(shù)包裝應(yīng)用研究會”，隸屬于中國包裝聯(lián)合會，承擔全國范圍的納米技術(shù)包裝印刷應(yīng)用研究的咨詢、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。要不失時機地導(dǎo)入納米技術(shù)，率先打開納米級包裝印刷領(lǐng)域的大門。

納米技術(shù)和納米材料的應(yīng)用和開發(fā)，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(yè)管理職能的中國包裝聯(lián)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(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(fā)達國家尚處在納米科技產(chǎn)業(yè)化的前夜，我國存在跨越式的發(fā)展機遇。”面對我們國家處于跨越式的納米科技產(chǎn)業(yè)化的發(fā)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(zhàn)略，必將承載著歷史重任，實現(xiàn)中華民族的偉大復(fù)興。