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当纳米技术与包装印刷一

发布时间:2021-09-10 09:18:49 阅读: 来源:隧道窑厂家

纳米技术与包装印刷(一)

一、 纳米时代的态势与历史背景

在信息时代,我们向微观领域迈进了一大步,世界不可思议地变得越来越小。由于纳米技术的出现,传统的认识将受到挑战:“多小才算小”?

一般来说,衡量纳米材料有两把尺子,一把尺子是纳米的尺度,也就是材料的尺寸得在1个纳米以上100个纳米以下,1000个纳米就变成微米的尺度了。第二把尺子就是这个材料的性质是普通材料所没有的。通常将具有一定存在形态、1~100nm尺寸的物质称之纳米物质,其术语表达可以是:英文术语为nano、nanosized、nanoscale、nanostrucured、nanometer与particles、materials、substance、solids、cluster等任意组合构成的词组意义,中文术语由此能衍生出很多词意,诸如:纳米团簇、纳米级物质、纳米颗粒、纳米微粒、纳米结构物质、纳米粒子、纳米材料、低维材料等等。诺贝尔物理学奖获得者HorstStomier宣称:“纳米技术赋予了我们一种工具,可用它来玩弄自然界的极端——原子和分子。创造新事物的可能性变得无穷无尽。”另一位诺贝尔物理学奖获得者RichardSmolley干脆宣告:“纳米技术是建设者最后的边疆。”

如今,人类一边轰轰烈烈地飞入太空、探索火星,一边静悄悄地深入物质内部,在物质微粒间营造出一个崭新的微观王国——总有一天,人们将按自己的意愿去制造物质,揭开原子世界里的一道道奥秘。

纳米技术的研究和应用,意味着人们将可能从原子、分子的水平上识材料具有不同的力学行动和失效现象别、探测和控制物质,在纳米尺度上研究原子、分子行为和相互作用的规律,使得人类在认识和改造自然、征服自然和应用自然的能力上再次迎来惊人的飞跃。

对于中国人来说,纳米时代的意义可能更加重大。第一次工业革命,蒸汽机迫使人类的研究精确到毫米(在此之前,人类是不需要对毫米进行研究的);第二次工业革命是微米时代,因为有了电,人类认识了微电子,但是现在微米层次的芯片已经到达了它的物理极限,必须深入到纳米了。毫米时代的第一强压头接触到工件国是英国,微米时代的领军人物是美国,现在纳米时代来临了,大家站在了同一条起跑线上。

1959年末,诺贝尔奖获得者理查德·弗曼在一次题为《在物质底层有大量空间》的演讲中预言:“就我所知,物理学的原理并没有否认一个个移动原子的可能性”。这是最早具有现代纳米概念的思想。可纳米物质却不是人类的新发明——自然界早就存在,纳米世界是真实存在的物质层次。

纳米技术(nanotecnnology)是一个含义极其丰富的术语。它的基本涵义是在纳米尺寸(~m)尺度空间内认识和改造自然,研究通过直接操作和安排原子、分子运动规律和特性,创造新物质。这意味着人们可以生产出极纯的材料、丰富多样的新产品,并且能大大提高机器效率。纳米技术是指在纳米尺度下对物质进行制备、研究与应用的一门综合性的技术体系,其最终目的是操纵与控制原子、分子制备成人工功能材料。纳米技术的广义范围可包括纳米材料技术、纳米加工技术、纳米测量技术、纳米应用技术等方面。其中纳米材料技术着重于材料生产(超微粉、镀膜等),性能检测技术(化学组成、微结构、表面形态、物、化、电、磁、热、及光学等性能)。纳米加工技术包含精密加工技术(能量束加工等)及扫描探针技术。

至于纳米技术的确切内涵,不同研究领域的观点大相径庭。从迄今的研究状况来看,纳米技术的基本概念大体分为三种。第一种概念就是德雷克斯勤博士提出的“分子纳米技术”的概念。第二种概念把纳米技术定位为微加工技术的极限。第三种概念是从生物的角度出发而提出的。生物在细胞和生物膜内本来就存在纳米级的结构。所以,纳米科技是研究由尺寸在0.nm之间的物质组成的体系的运动规律和相互作用以及可能的实际应用中的技术问题的科学技术,纳米科学所研究的领域是人类过去从未涉及的非宏观、非微观的中间领域,从而开辟人类认识世界的新层次,也使人们改造自然的能力直接还原到分子、原子,这标志着人类的科学技术进入了一个新时代——但是他们的价格也较高纳米科技时代。

纳米科技是20世纪80年代末90年代初兴起的、涉及多学科的高新科学和技术,还有待于进一步的研究和开发。但人们已经预料到,纳米科技将给人类社会带来一场深刻的、革命性的变革。这场革命必然要波及到经济领域。发展纳米技术极有可能是新世纪留给已错过微米技术、信息技术、生物技术机遇的中国人的最后一次机会。作为一个中国人,不能不关注这一当代世界的高新技术的发展,不能无视它将给人类带来的影响,特别是对经济领域的影响。

纳米科技是节能低耗与技术密集型的高科技。尽管全面实现其产业化尚有很长的路要走,然而发展纳米科技的产投比可能会高于其它高科技项目。因此纳米技术可能为我国迎头赶上世界经济提供一个难得的历史机遇。美国著名科学家乔纳森·斯彭斯和罗雷尔(诺贝尔奖获得者)说:“如果中国奇迹般地成为超级先进国家,靠的就是纳米,它可以让戈壁滩变成绿洲”。

二 、纳米包装印刷的机遇与使命

我国一位著名的科学家指出:“在信息科学、生物工程、纳米科学这三大代表科技未来发展趋势的‘领导型’学科中,纳米科学是我国与发达国家差距最小的学科,也是我国最有可能与发达国家保持同步发展的学科”。世纪之交,新华社2000年8月29日一篇题为《决战纳米时代—记高科技术领域的一场世界性角逐》的综述,使纳米迅速得到了社会的认同。

纳米技术将成为今后二三十年科学发展的主导技术。美国科学技术委员会2000年3月向美国政府提出报告,把启动纳米技术的计划看作是下一次工业革命的核心,世界各先进国家也都从未来发展战略的高度,重新布局纳米材料研究,加强纳米技术的开发和应用。我国纳米材料的研究已经具有了很好的基础,一直受到国家的高度重视和支持。

纳米技术应用的最重要领域,是制造具有特异物理、化学性质的新型功能材料。最典型的应用是将两种不同性质的材料制成纳米复合颗粒。欧盟早在1995年就发表报告称:预测在今后20年内纳米技术的开发将仅次于芯片制造业,成为世界第二大制造业。纳米技术未来的应用远远超过计算机工业。根据历史经验和最新的科技发展,世界各国的很多科学家都认定:纳米技术正昭示着产业革命的曙光,其影响将如同20世纪后叶微电子技术引发了信息革命。

纳米科学技术的发展有十分重要的意义。首先它将改观人类传统的生产模式,空前地提高社会生产力,并有可能从根本上解决目前人类所面临的环境污染,生态平衡破坏、原材料与能源消耗等诸多严重的问题,同时,纳米科技能够开发物质潜在的信息和结构潜力,使单位体积物质储存和处理信息的能力提高百万倍以上。

本世纪的技术革新,很大程度上是靠弄清更加微观的现象和据此发展操作技术来支撑的。但是,这种传统的技术开发,在很多领域将遭遇极限。如果没有与传统根本不同的新发现,就无法登上新的台阶。纳米技术就是发现这种效果与人工的独特的结构技术,人们正是充分掌握和利用先进的现代科学技术使对纳米技术的预言和研究成为可能。

为了研讨当今国际纳米材料及技术研发、应用的现状和发展趋势,探讨我国“十五”期间纳米材料的发展战略,促进纳米材料研发和纳米技术在包装领域的研究和应用,推进我国纳米包装产业的跨越式发展,2001年10月16日,根据我的提议,我国包装界的泰斗邱纯甫先生亲自批示,中国包装技术协会、中国包装报社联合在厦门市召开了“全国首届纳米技术包装应用研讨会”,会议主题为“纳米技术在包装领域的应用与产业化”。该研讨会对制定我国国家纳米包装发展目标,迎接新世纪的挑战,无疑具有十分重要的意义,正如“中国包装报”的综述文章中指出:这次你需要1个无绳螺丝刀或1个钻床研讨会“在包装业传播了纳米技术的‘火种’。”

2004年5月,应中国轻工业出版社约稿,我写成我国和世界第一部纳米包装印刷术研究的专著《纳米技术与包装印刷》,八十多万字,照片、图谱二百多幅,即将交付出版。拟请中国包装联合会石万鹏会长及纳米项目首席科学家写序,我意将此书献给2006年四月在北京召开的“世界包装大会”;最近,应国防工业出版社之约,我正在编写第二本,《包装材料纳米改性及应用》。这两本专著,从应用的角度揭示了纳米技术对改造传统的包装印刷的研究,探讨了建立纳米包装印刷体系的构架,并提出纳米包装产业化商品化的目标和途径。

(待续)

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