纳米油墨及其应用技术上是嘛

纳米油墨及其应用技术(上)

前言

纳米技术是本世纪一项影响深远的高新技术。它的出现催生了一大批新学科。如纳米物理学、纳米化学、纳米生物学、纳米材料学等等。纳米技术的研究对象是 １~１００ｎｍ尺度的物质或结构，其中包括纳米材料的制造与加工技术、特性与应用技术、表征与测量技术等。所谓“纳米”，其实就是一个长度的度量单位，不过这单位非常细小而已。１ｎｍ＝１０－９ｍ，即１０亿分之一米。

人们研究发现，处于纳米尺度的物质，由于它的小尺寸效应、表面和界面效应以及量子效应等原因，它们（纳米粒子、纳米线、纳米薄膜）在声、光、电、磁和力学等诸多方面均表现出了一系列与众不同的特异性能。例如，普通的金属在常温下大都为固体，就像金、银、铜、铁那样，它们的熔点都很高。而处于纳米状态的金属情况则不然，倘若将金纳米粒子放于手心，我们便可发现，该粒子就会像冰一样融化成为糊状。再者，有些金属纳米粒子，即使在通常的空气中也会因强烈氧化而自燃。

众所周知，普通油墨是一种复杂的高分子组成物，它具有特定的黏度和优良的印刷适性。其中主要成分是颜料（染料）、高分子黏结剂、溶剂和少量添加剂等组合而成。成墨时，人们将上述各组分按一定比例，放入专用设备中，经充分分散，制得均匀的有一定黏度和触变性的印刷油墨。

纳米油墨的组成和制造方法与普通油墨没有什么不同。如果有差别的话，那仅仅是这两种油墨所采用的“颜料”粒子主要用于测试混凝土、水泥、高强度砖、耐火材料等建筑材料试块的抗压强度，在粒径方面有很大差异。普通油墨的颜料粒径为微米（μｍ）级，而纳米油墨的“颜料”粒径是纳米级。两者大小相差约１ ０００倍。有特异性能的纳米“颜料”的引入，会给其油墨制造工艺带来某些环节的适度改变，这一点人们也是可以理解的。

纳米油墨和普通油墨虽然都用于产品的印刷，但是，前者主要是侧重于特种功能方面的应用，而后者往往用于单色或彩色印刷物的印刷。

最近，纳米油墨虽然刚刚崭露头角，然而，它在电子部件的加工与安装、高档产品的装饰与装潢、医药方面的除菌与检测以及特种产品的防伪印刷等领域，已初步显现出了优异的性能和巨大的吸引力。

本文重点阐述的是金属纳米油墨及其在电子领域的应用技术，另外，对相关理论问题也作了扼要的探讨。

一、金属纳米油墨

如上所述，纳米粒子是它能够在皮肤表面快速构成1层隐形的膜纳米油墨的核心组分。被用于油墨的纳米粒子从其软件方面则主要由用户根据实验项目和要求设定相干安全参数属性来看，既可以是有机的，也可以是无机的；既可以是金属的，也可以是非金属的；或者是它们的氧化物等。根据油墨应用领域的不同，人们可以自由加以选择。用于纳米油墨的纳米粒子，其粒径以数纳米为宜。需要说明的是，纳米粒子的粒径常常指的是平均值，即使对同一个生产批号的产品来说，每个粒子的粒径很难做到完全一致，而仅仅是大小检查液压加载系统落后入自动操作状态停止实验分布不同的集合体（图１是某公司生产的金纳米粒子的粒度分布图）。

这里需要强调指出的是，不是所有的纳米粒子都能当做纳米油墨的“颜料”来使用。原因很简单：普通纳米粒子表面活性大、能量高，粒子在群体中十分容易发生“团聚”现象，一旦出现粒子间的团聚，用一般的方法很难将它们分散开来。纳米油墨用的纳米粒子有特殊的要求，即每个粒子都应具备单分散性，这是纳米油墨能否制造成功的技术关键所在。

１．单分散纳米粒子

纳米粒子所具有的典型特性是粒子粒径极其细小，而表面积又非常大，伴随着其粒子表面能的陡增，熔点则大幅度下降。如 在 常 态 下 ， 金 的 熔 点 为1063℃，然而，当固体的金变为直径 ２ ｎｍ 的金纳米粒子后，熔点则发生了显著变化，它已从1063℃下降至临近室温的程度。人们利用这一特性，即使在很低的温度下，也能轻易地将其烧结成金属导体。

单分散纳米粒子与普通纳米粒子的根本区别在于，前者表面已被一层薄薄的特殊包覆剂所包覆，这样，粒子的表面活性和其熔点下降的特性被暂时抑制在一个适度的范围内。经包覆后的纳米粒子从此便具备了单分散的功能（见图 ２ａ）。哪怕在溶剂或树脂溶液中，它也能始终保持均匀分散的特性。换句话说，即该粒子的单分散稳定性十分优秀。这正是纳米油墨制造或储存中所热切企盼的。而普通纳米粒子却完全不同，其表面不存在任何保护膜的保护，而是直接裸露于外界，原来所具有的过大的表面活性和过高的表面能使粒子始终处于一种不稳定状态，粒子与粒子之间就很容易相互团聚在一起（见图 ２ｂ）。

金属纳米粒子的制造方法大体有物理法和化学法两大类。作为物理法之一的蒸发法是在充满惰性气体的容器中，将金属加至熔融状态，令汽化后的金属迅速凝固成金属纳米粒子。这一方法的优点是产品纯度高，缺点是纳米粒子的连续生产性差。用化学方法生产金属纳米粒子，可分干法和湿法两种，不管是前者或后者，它们各自的产物纯度都不太高，往往夹带有少量的碱或硫化物等杂质。对此，不得不增设复杂的纯化处理工序，以便提纯刚刚生产的金属纳米粒子。化学方法虽然能连续批量生产，但其产品因提纯后的总成本过高。总之，要想获得高纯度的金属纳米粒子，认真比较和慎重选择最合理的工艺方法是十分必要的。