宋延林：改變未來(lái)的納米印刷技術(shù)

　　以下為演講實(shí)錄：

宋延林：大家好，我們知道在自然界中有很多有趣的現(xiàn)象，比如說(shuō)荷葉可以出淤泥而不染，科學(xué)家經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，荷葉的這種特性跟表面納微米結(jié)構(gòu)有關(guān)系，再舉一個(gè)例子，壁虎能夠飛檐走壁，科學(xué)家也是發(fā)現(xiàn)在壁虎的腳掌上面有精細(xì)的結(jié)構(gòu)，精細(xì)的納米和微米的結(jié)構(gòu)組合造成他能夠黏附在很多物體光滑的表面。納米的技術(shù)究竟對(duì)我們的生活，為我們的產(chǎn)業(yè)會(huì)產(chǎn)生什么樣的影響，就像今天結(jié)合這兩個(gè)例子，一個(gè)是表面憎水的效應(yīng)，一個(gè)黏附作用，對(duì)我們熟悉的印刷術(shù)會(huì)產(chǎn)生什么樣的關(guān)系。

說(shuō)起印刷術(shù)大家很熟悉，活字印刷是基于物理成像，就是基于物理的結(jié)構(gòu)，這兩個(gè)技術(shù)共性特征就是簡(jiǎn)法，我們要刻一個(gè)字，把不需要的地方刻掉，通過(guò)一個(gè)激光照牌做一張印版，需要通過(guò)曝光的方式，把不需要的給腐蝕掉。我們有沒(méi)有可能改變這個(gè)過(guò)程。把納米材料跟兩個(gè)相關(guān)的特性，跟印刷的需求結(jié)合起來(lái)。大家看一下右下角，這是激光照牌制造過(guò)程，從這個(gè)看起來(lái)很像傳統(tǒng)膠卷照相的過(guò)程，第一步先把要印的東西，它的圖象曝光在一個(gè)感光膠片上，當(dāng)然感光膠片需要曝光顯影，才能得到，這個(gè)膠片出來(lái)以后，再就像我們洗像一樣，再經(jīng)過(guò)沖洗，才能得到最終的版本。這兩個(gè)感光和沖洗過(guò)程就會(huì)產(chǎn)生非常大的污染，我們現(xiàn)在想了一個(gè)辦法就是，我們直接基于剛才講的納米材料對(duì)表面親水、親油性的控制，可以直接打出一個(gè)圖片，這樣是不是就直接可以上去印刷了，想起來(lái)道理很簡(jiǎn)單，但是這是國(guó)際性的挑戰(zhàn)，首先空白區(qū)反差夠不夠大，這個(gè)就像我們第一個(gè)例子一樣，必須靠納米結(jié)構(gòu)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

第二個(gè)普通的墨水打到印板上以后很快就會(huì)磨掉，印報(bào)紙要印到十萬(wàn)份，怎么解決這個(gè)問(wèn)題，我們用一個(gè)納米顆粒符合增強(qiáng)的技術(shù)，原理也很簡(jiǎn)單，就像我們鋪柏油馬路，提高它的耐磨性，在我們技術(shù)里面，必須小到納米尺度，就是幾百個(gè)納米以下，這樣才能保證我在打印過(guò)程中，能保證它的流暢性。看起來(lái)這是個(gè)非常簡(jiǎn)單，又非常環(huán)保的技術(shù)，可以從根本上解決目前感光成像印刷出版技術(shù)的缺陷。但是印版做出來(lái)以后，送到印刷車間，我們都知道，要用油墨，這個(gè)油不是我們食用油，而是使用了一些甲苯類的溶劑，會(huì)嚴(yán)重影響我們的健康，因?yàn)槲覀冎佬∈称钒b，用到塑料的包裝是非常多，如果殘留不解決，其實(shí)不僅是環(huán)保問(wèn)題，還是個(gè)很大的安全隱患。為什么不能用水性的油墨來(lái)用于產(chǎn)品包裝呢，水性墨大家知道在塑料上由于表面不一樣，非常難黏附的，這個(gè)物體怎么解決，我們也是靠納米材料去解決的，經(jīng)過(guò)努力用水性墨在塑料上面印出精美的圖案，這樣根本上解決了印刷過(guò)程中制版的污染和后邊印刷車間排放的問(wèn)題。把這個(gè)技術(shù)再進(jìn)一步往下發(fā)展，把印刷技術(shù)和新材料的技術(shù)結(jié)合起來(lái)，可以改變很多傳統(tǒng)體量非常大，但是污染和消耗非常嚴(yán)重產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)的方式。比如說(shuō)我們印染中國(guó)應(yīng)該是世界第一的產(chǎn)量，但是污染大家也知道是非常嚴(yán)重的，我們把印染的顏料、染料做成墨水，通過(guò)打印的方式，可以在不同的材料上面，比如說(shuō)棉布、化纖、絲綢，這些不同的材料，實(shí)際上表面差別非常大的，你能在絲綢上打印好，但是在化纖上打印不好，怎么控制這個(gè)問(wèn)題，就是靠納米材料解決。如果我們用新的打印的方式，可以做出個(gè)性化的服裝，全世界獨(dú)一件，又可以根本上解決這樣一個(gè)生產(chǎn)制造過(guò)程的污染問(wèn)題。還有我們現(xiàn)在生活水平提高了，大家用陶瓷、玻璃做一個(gè)屏風(fēng)，做一個(gè)個(gè)性化的圖案，如果到陶瓷廠燒制，就是非常昂貴的，我們用墨水打印就非常簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。從圖片上可以看到，不論在陶瓷還是玻璃上面，都可以打出非常漂亮，非常精美的圖案，這樣符合大家對(duì)個(gè)性化裝修的要求。從更大的意義上，我們通過(guò)材料技術(shù)的進(jìn)步和印刷技術(shù)的結(jié)合和打印技術(shù)的結(jié)合，都可以根本上解決傳統(tǒng)的印刷、印染包括建筑材料這方面的高能耗、高污染的問(wèn)題。

我們?cè)侔堰@個(gè)技術(shù)再擴(kuò)展起來(lái)，跟印刷相關(guān)的還有什么污染的問(wèn)題？我們可以通過(guò)新的納米材料為代表的新技術(shù)，能夠從根本上得到解決。我們很快就會(huì)想到染料、顏料，染料、顏料生產(chǎn)的過(guò)程是非常污染的過(guò)程，而使用的過(guò)程也會(huì)消耗大量的潔凈水，我們國(guó)家占全世界染料生產(chǎn)60%，我們?yōu)槿澜绲拿利惛冻隽司薮蟮沫h(huán)境的代價(jià)，但是沒(méi)有人感謝我們。我們?cè)趺礃油ㄟ^(guò)中國(guó)科研的技術(shù)進(jìn)步，能夠解決這個(gè)問(wèn)題，我們開(kāi)始從自然界中學(xué)習(xí)，大家看這個(gè)圖片，這種漂亮的寶石，蝴蝶的翅膀，它的顏色不是染料產(chǎn)生的，我們叫結(jié)構(gòu)色彩，因?yàn)榧{米自身的結(jié)構(gòu)，這種特殊的顏色就完全沒(méi)有色素的影響，也就是說(shuō)是一種非常環(huán)保的成色的體系，當(dāng)然這種材料更重要的意義叫光學(xué)的半導(dǎo)體，這么重要的材料，全世界科學(xué)家都在研究，我個(gè)人認(rèn)為，誰(shuí)能把它變成批量化、工業(yè)化生產(chǎn)，這也是全世界的挑戰(zhàn)。科學(xué)家總是在實(shí)驗(yàn)室里邊做出非常小量的東西去寫(xiě)論文，但是應(yīng)用的時(shí)候就要很難，誰(shuí)能大量做，低成本做，這個(gè)也是非常難的事情，好在我們把它解決了。我們靠什么解決，合成不同的納米顆粒，控制納米顆粒的尺寸，可以得到不同的顏色，這種顏色就可以不會(huì)褪色，光澤也非常好，而且成色的效果，可以看不同的角度，可以得到不同顏色的效果，我這有一張樣品，不知道能不能看到，從不同的角度看，實(shí)際上這個(gè)顏色是有變化的，是非常漂亮的。將來(lái)我們跟3D打印技術(shù)結(jié)合起來(lái)，這個(gè)成色效果跟寶石是一樣的，我們跟3D打印技術(shù)結(jié)合起來(lái)，把這個(gè)做成墨水，漂亮的女士想做一個(gè)什么樣的首飾，自己在電腦上設(shè)計(jì)形狀，我通過(guò)買墨水回去自己打印。這個(gè)事情解決以后，其實(shí)更重要的意義，是能夠提供一種新型的智能化包裝的材料，也許從明年，因?yàn)樯虡I(yè)秘密的問(wèn)題，我不能講哪個(gè)品牌，你們可以從一些著名化妝品包裝上面能看到我們的技術(shù)和產(chǎn)品，大家看非常漂亮的，用非金屬做出金屬色，用無(wú)色的原料做成彩色出來(lái)，像寶石一樣絢爛。另外它還有一種新的功能，比如像右下角，可以對(duì)環(huán)境溫度、濕度做出反應(yīng)，溫度高或者低，用什么樣的化妝品，也會(huì)通過(guò)顏色來(lái)告訴你，更進(jìn)一步我們?cè)谝恍┦称返陌b，藥品的包裝，涉及到安全性的問(wèn)題，腐敗了，變質(zhì)了，不能用了，都可以通過(guò)直觀顏色的改變，告訴你這個(gè)東西不能吃了，所以這樣納米材料新的，從傳統(tǒng)印刷進(jìn)入到印刷包裝里面，可以給我們整個(gè)感受是非常人性化、智能化的進(jìn)步。

剛才介紹了這么多，把納米材料和印刷技術(shù)結(jié)合起來(lái)，可以對(duì)非常重要的傳統(tǒng)行業(yè)有根本性的變化，現(xiàn)在都說(shuō)進(jìn)入了信息社會(huì)，我們靠網(wǎng)絡(luò)，納米技術(shù)在這個(gè)領(lǐng)域能夠發(fā)揮什么作用？我們中國(guó)改革開(kāi)放30年，經(jīng)濟(jì)得到了高速的發(fā)展，全世界都肯定這一點(diǎn)。但是這是2012年時(shí)代周刊的封面，中國(guó)經(jīng)濟(jì)進(jìn)步靠什么，上面看，大煙囪，靠犧牲環(huán)境，下面蘋(píng)果手機(jī)上面有很多螞蟻一樣的人，靠廉價(jià)勞動(dòng)力，這兩個(gè)因素在今后經(jīng)濟(jì)發(fā)展中已經(jīng)不可能完全持續(xù)，因?yàn)榄h(huán)境已經(jīng)惡化到不能忍受的地方，我們勞動(dòng)力成本在不斷上升，就是一些低端利潤(rùn)比較薄的產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)在不斷往東南亞去轉(zhuǎn)移。我們中國(guó)經(jīng)濟(jì)靠什么，中國(guó)科研的人員能不能靠自主創(chuàng)新的技術(shù)，支撐我們國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，這個(gè)問(wèn)題我想也是我們政府我們老百姓對(duì)中國(guó)科學(xué)家的一個(gè)期望，也應(yīng)該是一種責(zé)任。

我們看，在信息技術(shù)里邊，有一個(gè)基本的單元，我們叫印刷電路板，剛才我們介紹的印刷板的過(guò)程跟印刷電路板過(guò)程幾乎是一樣的，就是電路是什么樣的圖形，先在感光膠片上，經(jīng)過(guò)曝光、蝕刻，留下的是我們需要的。大家想想一張銅板，80%以上的銅被腐蝕掉，腐蝕掉以后就排到地下，排的銅還有其他的超過(guò)十幾萬(wàn)噸，這樣以至于影響我們的食物鏈，我們可以把金銀銅的金屬做成納米顆粒，做成導(dǎo)電的油墨，通過(guò)打印，通過(guò)印刷形成電路，是不是能實(shí)現(xiàn)。我們打印出一條線，就可以當(dāng)電線用，就可以代表LED燈泡，在去年剛剛開(kāi)過(guò)的APEC期間中，我們享受了APEC藍(lán)，會(huì)場(chǎng)六個(gè)門(mén)卡都是按照我們的技術(shù)，里邊所有電線和電路都是通過(guò)我們的納米技術(shù)建造出來(lái)，這是中國(guó)的科學(xué)家對(duì)技術(shù)的進(jìn)步做出的貢獻(xiàn)。

大家聽(tīng)了覺(jué)得你們做的還不錯(cuò)，這么好的事情，為什么我們能夠做出來(lái)，為什么沒(méi)有早一點(diǎn)把它做出來(lái)，實(shí)際上它是一個(gè)涉及到非常多國(guó)際性的科學(xué)和技術(shù)的難題，簡(jiǎn)單講一個(gè)例子。就是著名的咖啡環(huán)效應(yīng)，一杯咖啡干的時(shí)候會(huì)形成空心環(huán)，大家可能有這種感性的認(rèn)識(shí)，這是整個(gè)搞化學(xué)，特別跟印刷技術(shù)相關(guān)的一個(gè)國(guó)際性的難題，如果這個(gè)問(wèn)題不解決，你印刷的精度就不能控制，剛才說(shuō)打印電路都是空心，導(dǎo)電性怎么提高？好在這個(gè)問(wèn)題又是跟剛才說(shuō)的一樣，問(wèn)題很難，但是我們把它解決了。對(duì)于科研人來(lái)講，最大的成就感就是這句話，這件事很難，我們把它做好了。我們可以打出縮小一個(gè)數(shù)量級(jí)的墨點(diǎn)，這個(gè)墨點(diǎn)上面納米顆粒是精密堆積的，這樣可以保證我們大大提高印刷的精度，可以改善我們印刷電路的導(dǎo)電性。對(duì)于科研人員來(lái)講，還有什么？你能不能把這個(gè)事情做到極致，讓別人都承認(rèn)你是世界第一，怎么樣能做到世界第一呢？就是說(shuō)你打印一個(gè)墨滴只含一個(gè)納米顆粒，你這一個(gè)納米顆粒是不是做了幾百個(gè)實(shí)驗(yàn)，挑出來(lái)的，我想要一個(gè)有一個(gè)，想要兩個(gè)有兩個(gè)，一二三四五，這是我們認(rèn)識(shí)的規(guī)律，去掌握規(guī)律和應(yīng)用規(guī)律的一個(gè)過(guò)程，我們?cè)谶@方面是走在世界最前列的。這個(gè)問(wèn)題怎么解決？還是通過(guò)納米材料界面效應(yīng)，是這樣鋪展、蒸發(fā)、縮小，咖啡環(huán)效應(yīng)不可避免，我們現(xiàn)在怎么樣，通過(guò)納米界面材料的應(yīng)用，讓它干燥、收縮，干燥，所以我們能夠做到世界上最小的墨點(diǎn)，而且有一個(gè)更大的夢(mèng)想，我們中國(guó)人去書(shū)寫(xiě)現(xiàn)代的綠色印刷的，我們要做世界上最小的一點(diǎn)，最細(xì)的線，最平的面，點(diǎn)線面都能做到世界最好，那你一定是世界最好。而且我們要提出三個(gè)公式，我們叫第一定律，第二定律，第三定律，非常難，但是我們要把它做好。我們可以做很多事情，我們可以做觸摸屏，可以通過(guò)印刷的方式做觸摸屏，這個(gè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了，普通印刷只能印到幾十個(gè)微米，我們可以印到幾十個(gè)納米左右，這樣的技術(shù)達(dá)到我們做硬件最高的技術(shù)，芯片加工核心的技術(shù)，我們知道芯片是我們每年中國(guó)進(jìn)口最大量的產(chǎn)品，每年超過(guò)2000億美金，為什么？我們沒(méi)有核心的技術(shù)，我們每年石油的進(jìn)口也才1200億美元，核心技術(shù)誰(shuí)有？因特爾有，你要買它的專利，你不能引進(jìn)他最先進(jìn)的生產(chǎn)線，我們中國(guó)將來(lái)有沒(méi)有可能自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)去生產(chǎn)，我覺(jué)得這是提供了一種可能，我們直接在硅片上，為什么要在硅片上印刷，在硅片上加工，直接可以達(dá)到目前最高精度的電路，這是一個(gè)標(biāo)志性的技術(shù)。這個(gè)在發(fā)表文章之前，首先申請(qǐng)了三項(xiàng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，這也對(duì)我們將來(lái)印刷技術(shù)芯片產(chǎn)業(yè)提供了可能性。

我們還可以做電路板，可以做芯片，我們還可以做更高性能的顯示器，我們知道，現(xiàn)在液晶顯示的方式，有它本質(zhì)上的一些缺陷，我們看不同的角度，它的顏色、亮度會(huì)有偏差，甚至到一定角度因?yàn)椋雌饋?lái)整個(gè)是黑屏的，這是跟它成像原理有關(guān)系，我們?cè)趺礃咏鉀Q，把納米材料和印刷技術(shù)結(jié)合，大家看中國(guó)科學(xué)院化學(xué)的縮寫(xiě)，從5度看，顏色和亮度是一樣的，從世界上任何角度看，中科院都是沒(méi)有變的，這個(gè)意義在哪兒，將來(lái)我們發(fā)展柔性顯示，一定要變角度，可彎曲，不同角度看，成像是沒(méi)法保證的，我們實(shí)際上解決了最關(guān)鍵的基礎(chǔ)問(wèn)題。對(duì)我們中國(guó)發(fā)展這方面的產(chǎn)業(yè)提供了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。還可以把印刷技術(shù)發(fā)展到生物芯片上去，每天早晨一個(gè)小時(shí)多有濕潤(rùn)的空氣，把這個(gè)濕潤(rùn)空氣凝結(jié)到背上，是一個(gè)疏水的背，霧滴凝結(jié)在親水點(diǎn)上面去，把這個(gè)原理利用起來(lái)，可以做出一種高密度檢測(cè)的生物芯片，在一個(gè)疏水的器材上，打出斑點(diǎn)，這種非常微量的血樣就可以富集到要檢測(cè)的區(qū)域，這樣可以把檢測(cè)的靈敏度提高。

講完這些故事以后，我們就知道印刷是非常了不起的技術(shù)，中國(guó)人有可能在這個(gè)領(lǐng)域，再為世界做出非常大的貢獻(xiàn)，我們現(xiàn)在除了傳統(tǒng)的印書(shū)印報(bào)，可以印染，可以印建材，可以引各種各樣電路、顯示器，我們將來(lái)想象一下，將來(lái)有可能一天，帶著一個(gè)塑料薄膜，有芯片，有電路板，有顯示器，就是一張紙，卷起來(lái)就走，解決所有的生存問(wèn)題。更遠(yuǎn)的想象，我們把所有的東西都集成在服裝上邊，所有的信息交換處理，以及甚至能源，我們穿的衣服，都完全可以解決，這也是我們?nèi)祟愇磥?lái)發(fā)展的夢(mèng)想。概括一下，印刷術(shù)從最早的活字印刷，印書(shū)印報(bào)到現(xiàn)在可以印手機(jī)觸摸屏，印電路板，到將來(lái)智能服裝，一步一步印刷技術(shù)隨著材料的進(jìn)步，一步一步把人類推向一個(gè)更高的智慧的階段。未來(lái)的發(fā)展我個(gè)人也提出了所謂的綠色印刷、制造的概念，因?yàn)榇蠹乙郧罢J(rèn)為印刷就是印書(shū)印報(bào)，我們?nèi)ツ曛锌圃合葘?dǎo)的計(jì)劃，我做項(xiàng)目負(fù)責(zé)人提出，印刷不僅是傳遞信息的方式，它還是一種先進(jìn)的制造方式，這種先進(jìn)在哪兒，系統(tǒng)加法工藝，節(jié)省材料，減少污染，而且是從根本上的，所以印刷技術(shù)和納米材料的結(jié)合，給印刷技術(shù)也提供了很大廣大的發(fā)展空間，我下面想告訴大家，化學(xué)是創(chuàng)造美好的生活，謝謝。