自上世纪80年代以来，汉字激光照排技术使得我国印刷业迈入光电时代。然而，激光照排制版技术会产生污染问题，为了从源头解决印刷业的污染问题，中科院化学研究所研究员宋延林带领团队从大自然中寻找灵感，发展出纳米绿色印刷技术。

利用绿色印刷技术印刷出来的文字

“我们希望能借助纳米技术，不产生废水废液，报纸、书籍的版样就可以印出来；不用刻蚀，电脑、手机的线路板也可以轻松打出来。”于是，宋延林团队于2004年开始纳米材料绿色打印印刷技术研发工作，2011年5月纳米材料绿色打印印刷工程技术研究中心获北京市科委认定。

瞄准共性关键技术

十余年来，技术团队针对传统印刷产业的污染问题，基于纳米材料与印刷技术的融合创新，重点发展以绿色制版、绿色版基、绿色油墨为新体系的绿色印刷产业链系统技术；同时，在打印印刷基础问题和共性关键技术取得重大突破上，积极拓展先进的绿色印刷增材制造技术，开展绿色打印印刷技术在电子、3D打印等众多战略性产业的推广应用。

纳米绿色印刷制版技术的原理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。宋延林介绍，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。

虽然道理听上去很简单，但这其中却有很多国际性挑战。例如，图文区和空白区反差如果不够大，就会造成糊版；版制好送到车间，使用油墨印刷，就会有挥发性有机化合物（VOC）排放，其中的苯等物质会危害人类健康，水性墨在塑料上由于表面能的差异，难以铺展和黏附。

而这些难题都能借助纳米技术克服，将纳米技术和印刷新技术结合能从根本上解决印刷、印染、建筑材料高能耗、高污染问题。“我们致力于做出最小的点、最细的线和最平的面。”宋延林说，工程中心要做出世界一流的印刷技术成果。

破解多项关键难题

如何控制液滴在固体表面的扩散和转移，会遇到“咖啡环效应”，即一个墨滴从打印的喷孔喷到基材上会扩散，比喷孔孔径要大许多。如果能让墨滴缩小，便解决了最小点的问题。

宋延林团队设计了在模版和基材之间搭建毛细液桥的方法，通过控制液体限域空间，巧妙地实现了颗粒在液体限域下的可控精确组装和图案化。最终实现了在固体表面印刷构造精确可控的三维微米结构，突破了传统印刷技术的精度和维度局限，实现了微纳米尺度精细图案的印刷及纳米功能材料的可控组装。

“我们能用微米尺度的模板印刷出纳米尺度的图形，从观念上改变了对印刷技术的认识。”宋延林说。

此外，复杂图形串联也是纳米印刷的难点之一。为了找出最优微纳线路，宋延林团队从蜜蜂身上获得了灵感：“这些动物在寻找食物时是如何选择最优路径的？小动物也是有大智慧的。”

科研人员正在分析实验结果

于是，针对高密度集成电路间的电磁干扰等难题，工程中心与中科院半导体所合作，设计了液滴的自发收缩成型思路，使含有纳米颗粒的溶液自然形成热力学上最低表面能的状态，实现了最优微纳线路的印刷制造，减少了65.9%的电磁干扰，使最终印刷的最优微纳线路长度减少了8.9%，延时减少了17.1%，能量延损减少了24.5%，为将来高性能芯片的线路制造提供了全新的设计思路。

工程中心还利用微模板操控泡沫的演变，克服了困扰百余年的气泡控制难题，实现了气泡的“印刷”图案化，并以此为模板组装多类功能材料，为功能器件的印刷制备开辟了全新的思路。

将技术推广到产业

在技术支撑下，工程中心建立了包括绿色制版、绿色版基和绿色油墨在内的绿色印刷产业链创新技术体系。“我们关注解决从实验室到工业化的关键工程技术问题，并与企业长期密切合作。”宋延林说。

2017年，工程中心在绿色版材中试线（承德基地）、绿色油墨中试线（成都基地）以及射频标签天线试产线方面均开展了大量的工作，年度成果转化2项，产生直接经济效益1.4亿元；其中在京转化1 项，产生直接经济效益960万元。

工程中心研发的相关产品

工程中心还积极参与国际交流，并参与印刷行业相关国际标准的制定。“我们希望能‘印出’一个新世界。”宋延林说。2017年，在德国慕尼黑举办的国际电工委员会TC119技术委员会工作会议上，工程中心提交了关于印刷电子适印性中“边界波浪线”标准的修订意见报告，获得国际印刷电子专家的支持。

做原创性研究，就一定要敢于挑战做不到的事情，把“不可能”变为“我能够”。这也是宋延林对整个工程中心的要求和期许。

“我一直强调三要三不要：要解决问题，不要解释问题；要创造机会，不要等待机会；要压倒一切困难，不要被任何困难压倒。”宋延林说，“即便是做PPT，也要一丝不苟、全力以赴，要能代表自己的水平。”