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印刷新視點:納米圖像印刷技術

發布時間:2012-11-6 16:37:20

 

        納米綠色印刷技術已經延伸到電子、建材、印染等行業,通過納米材料的創新和應用,解決行業的環境污染和高能耗問題,同時降低生產成本,形成“納米材料綠色印刷產業技術集群”。
 

        到底什么是納米圖像印刷技術呢?所謂納米圖像印刷技,是一種新型的壓印轉印技術,它被廣泛用于納米凹凸圖形的加工制作。
 

印刷新視點:納米圖像印刷技術,深圳市新聯美術印刷有限公司

 

        納米圖像印刷技術就是將具有納米凹凸圖像的模具作“印版”,用預先涂有聚合物涂層的硅片或玻璃片等作基板(被印物),在相應的設備和器具配合下,通過精確壓印并定型以后,再把模具與基板分離開來。這時,存在于模具表面的納米凹凸圖像便準確無誤地被轉印到基板表面的聚合物膜上了。這個被轉印出的圖像與模具表面的凹凸圖形大小相等,深淺一致。但形狀正好相反(陰轉陽的圖像),即前者的凸起處恰是后者凹下去的地方,反之亦然。這種利用印刷壓模的原理轉印出具有納米凹凸圖形的技術,就是納米圖像印刷技術。
 

        納米圖像印刷技術在包裝印刷中的應用
 

        瓦楞紙箱的制造離不開包裝印刷,在包裝印刷行業中,納米微粒扮演著越來越重要的作用。納米油墨兼容各方面性能。產品(尤其是食品)包裝印刷中,很多都對除菌、保鮮等都有很高的要求,而傳統的油墨和包裝材料在這方面是個空白。如今,純天然的基礎材料經過納米技術的改造,再加上應用納米油墨印刷,就能發揮驚人的殺菌效果,在保鮮包裝材料中加入納米銀粉,便可加速氧化果蔬食品釋放出的乙烯,減少包裝中乙烯含量,達到良好的保鮮效果。由于二氧化硅、二氧化鈦在納米尺度時表現出很強的抗紫外光和催化性能,經特殊加工化學反應合成的納米改性油墨,其耐曬性一般可提高2-3個等級,耐熱性和附著牢度均有明顯提高。調整配方,可制成環保型油墨;加入熱敏、光敏等材料,還可制成防偽油墨。
 

        為大家總結納米圖像印刷技術的應用:
 

        (1)微接觸印刷技術(MCP)
 

        就是把有機高分子溶液作油墨,涂于硅橡膠印版的圖像部分,通過微接觸印刷的方法,將印版凸起處的有機高分子轉移至被印基板表面(圖1)。由于發明者的巧妙設計,有機高分子被牢牢地吸著在基板表面上,形成分子厚度的凹凸圖像。人們把這種技術稱為微接觸印刷技術。這里需要說明的,是在早期的實驗中,作為油墨用的是帶巰基的有機高分子乙醇溶液,所謂的基板是指表面鍍有一層金膜的硅片材。當人們將硅橡膠印版上含巰基的高分子溶液轉印到金膜上,便形成了自組裝式的單分子膜圖像。日本產業技術綜合研究所納米工藝學研究部的水谷亙等人指出,除含巰基的有機高分子溶液可作為微接觸印刷的油墨使用外,最近科學家們又發現了表面具有化學活性的氨基硅烷,也是一種性能非常好的油墨。用這種油墨印刷出的圖像(基板為云母片),經原子能顯微鏡(AFM)檢測確認,在氨基硅烷圖像的表面吸附著大量的DNA分子。人們認為,這是因為氨基硅烷表面的正電荷與具有負電荷的DNA分子相互吸引的結果。
 

        微接觸印刷不但具有快速、廉價的優點,而且還不需要潔凈間的苛刻條件,甚至不需要絕對平整的表面。微接觸印刷還適合多種不同表面,具有操作方法靈活多變的特點。該方法的缺點是在亞微米尺度,印刷時硫醇分子的擴散將影響對比度,并使印出的圖形變寬。通過優化浸墨方式、浸墨時間,尤其是控制好壓模上墨量及分布,可使擴散效應下降。
 

        (2)毛細管微造型術(MIMIC)


        就是將具有納米凹凸圖像的印版置于基板表面,這時印版圖像凹凸處與基板表面形成極細的縫隙(毛細管),然后把液體聚合物滴在硅橡膠印版上。由于毛細管作用,液體聚合物便自行進入這些縫隙中。如果我們將縫隙中的聚合物固化后并將兩者分離開來,即可獲得精細的納米凹凸圖像。該技術可在光學組件等的制造領域獲得廣泛應用。
 

        (3)微轉印造型術(mTM)
 

        就是將預聚物當做油墨,施涂于硅橡膠印版的凹陷處,通過轉印方式,把預聚物轉移到基板表面,再加熱固化,形成納米凹凸圖像。我們把這種印刷方法稱為微轉印造型術。
 

        (4)近場相位轉換印刷術(PSL)
 

        就是在基板上涂布光致抗蝕劑涂層后,再用硅橡膠模具在抗蝕劑涂膜上轉印圖像,并把它作為接觸曝光的掩膜,如用紫外光對其接觸曝光。由于硅橡膠模具轉印的凹凸圖形引發相位轉換,從而有可能形成圖像。不過,前提條件是圖像凹凸部位的尺寸大小要比紫外光的波長還小,近場光的作用才能使圖像轉印成為現實。最近有文獻報導,用此種技術可在球面上形成納米圖像。
 

        除此之外,還有納米化學平板印刷術。它是納米材料自裝配技術的最新類型之一。在科學家的演示中,這一工藝能夠有效地形成非常穩定的納米粒子周期隊列,而不被先前平板印刷術(例如原子顯微鏡浸沾印刷術、激光平板印刷術、電子束平板印刷術、軋壓印刷術等)中的很多瑕疵和局限所限制。納米化學平板印刷術包括制作納米尺寸的周期模板技術,要求對大小、尺寸、空間分布及功能的絕對控制。納米化學平板印刷術是一個多種技術的結合體,其中粒子的排列是通過反映活性的不同來控制,反映活性則由粒子及其表面暴露于何種類型的化學處理中來決定。
 

        科學家利用聚合在硅芯片上的石榴紅發光釔鋁(YAG)納米粒子,向其中合成添加劑粒子并結晶來測定他們的形狀和成分。在將納米粒子聚合在硅芯片上之前,科學家利用一種基于「原子步移」現象的蝕刻技術,預先在硅芯片上雕刻模板。由于硅芯片表面自然存在的原子高位的步伐,科學家能夠通過處理來移動這些原子,從而制造出所需的模板?;瘜W反應(硅、氮、氧之間)所形成的氮化物薄層相應地形成于原子步移的邊界上,從而預先雕刻模板于芯片上。為了使顆粒沿著芯片上的模板排列起來,科學家將樣品置于一個超高真空室中退火處理幾個小時。經過攝氏500-850度的處理,不僅獲得了基于范本精確排列的納米粒子,而且還獲得了另一個優點。使用這一技術測量淬火處理后,納米材料的排列還可以顯示其強度。一般來說,很多納米粒子都承受于光子漂白作用之下,這一損傷是由于暴露在高強光下引起;而另一方面,這些粒子卻在科學家熒光成像測量技術中的延長照明中保持著它們的初始狀態。
 

        納米圖像印刷技術作為一門實用性很強的應用技術,它在納米電子器件、納米光學元件、納米生物傳感器及其他具有納米結構的功能圖形制作方面,將顯現出其獨特的技術優勢。今天,人們也毫不懷疑納米圖像印刷技術,將為IT與微電子產業、生物與生命科學、環境與新能源技術等領域的加速發展帶來重大的影響。
 

        這項技術吸納了納米技術、精細加工技術、接觸印刷技術、界面科學及新材料等眾多科學技術之精華,并深入研究才開發出來的。這項技術最初看起來與CD、DVD制作中的熱壓印技術十分相似。然而,經仔細比較后,人們又不難看出,兩者有明顯的不同。前者僅僅是微米級的加工技術,而后者在許多方面顯現出的卻是通過原子、分子級別的轉移(移位)而形成圖像的;前者屬一般意義的精細加工,而后者是運用納米制造學原理,獲取超精細圖形的加工技術。如果我們把前者稱為20世紀的技術的話,那么,后者無疑是21世紀的新興技術了。


        納米圖像印刷技術的研究與開發,始于20世紀90年代中后期,它是由美國普林士頓大學的Chou教授首先開創的,經過近10年的研究、深化和技術配套,目前,該技術正進入初步的實用化階段。與此同時,Chou教授又親自出馬組織策劃,并相繼(或計劃)召開一系列相關國際會議(InternotionalConferenceonNanoimprintNanoprintTechnology),以促使該技術提升并向全球拓展開來。第1屆、第2屆國際會議分別于2002年12月和2003年12月在美國本土的波士頓等地召開。只過了1年,即2004年12月,又在奧地利的維也納召開了第3屆國際會議。緊接著,計劃中的第4屆大會將于2005年10月在日本的奈良召開。
 

        總之,納米圖像印刷技術,由此從理論到實踐、從研發到初步實用化,都已邁出了堅實的步伐,其影響也已波及世界各地。

 

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