众人好，全班人是来自于华夏科学院化学研商所的宋延林，即日给专家介绍一个印刷和墨滴的故事。

　　中国印刷的史册上有良多值得傲慢的事，比方雕版印刷、活字印刷再到王选教师开辟的北大刚正汉字激光照排才力。

　　雕版印刷和活字印刷都须要在木板粗略其他质料上刻出来。而激光照排手段是基于感光化学和摄影才华希望起来的，相像于守旧的胶卷拍照，有两步的曝光洗濯通过。这本色上照旧“做减法”：把感光原料全涂上去，源委曝光刻蚀把一限度笔墨的面积留出来。这个源委和铅字排版比较是一个革命性的向上，不过随着群众环保意识的强化，感光废液的排放引起了很大的眷注。

　　十几年前，所有人提出了如许一个方针：在一个亲水的版材上，打出一个亲油的图案。这个图案能沾油墨博鱼体育，不过版材上的空白区亲水，不沾油墨，这样就直接大概印刷了。这里的中央标题即是：印刷的图文区要沾油墨，空白区不要沾油墨，这要奈何杀青呢？

　　自然界里边很多神奇的阵势给了你很大的开辟。荷叶出污泥而不染，水滴在上面不妨自由滚落，也就是说水在上面是沾不住的，这是由来荷叶外观有一种微纳复合构造。

　　大家防备研商这样的构造，就可能自由地担任液滴的勾当。像左图的固体外观不妨让水铺打开来，而右图的固体外表不妨让水在上面不黏附，还恐怕弹跳起来。

　　就这样，全部人在同一种资料的外表完工了有的区域黏附，有的区域不黏附。也就实现了印版上有的地域能沾油墨，有的不沾油墨，把图文区和空白区分辨了出来。

　　应用如许一个事理，他就用加法取代减法，直接打印出也许沾油墨的图文区，从而直接印书、印报、印千般印刷品。

　　从上面这个例子，他们就恐怕清爽印刷术的要道，是要鲜明地担当墨滴的举止行为，让液滴大概匀称地传播到全部人预期的处所。

　　接下来，所有人假若在这个材料的皮相上着想差异的图案，就不妨让液滴依照所有人的料想，决裂成差别的图案，甚至液滴还恐怕在资料表面显现分歧的活动形状。

　　上面发现的是他们们挖掘的一种“水刀”。要显露水谩骂常难切割的，正所谓“抽刀断水水更流”。原由水分子之间有很强的氢键作用，使水很难离开。

　　所有人经过制扰乱液滴黏赞同不黏附的图案，让液滴按所有人的意料崩溃成差别的等份。用这些不同的崩溃图案，可能实行区别的化学反应，而且化学响应之间不互相合扰。

　　全部人是若何完结这一点的呢？本质上大家们就是在资料外观上机关区别的图案，历程职掌这个图案的对称性来精确担任液滴的行为手脚，包含它的活动速度、挽救主张和落点性质等。

　　固然我斟酌的是印刷，但在计划经由中，显现内部有很多形式跟经典的认知有很大的出入。比如全世界中门生都在学牛顿碰撞定律：浸染力和反浸染力、大小相称主张相反、动量守恒。牛顿碰撞定律是对刚体的行为描画，之前液滴的碰撞也被感应是符合牛顿碰撞定律的。

　　上图中液滴碰撞到固体外貌以后，发作的排场一种是弹跳，一种是溅射，总体依然符关经典牛顿碰撞定律的刻画。

　　不过像前面发现的那样，所有人出现液滴在碰撞后还或许回旋起来，这是跟经典牛顿碰撞定律的形容是不同等的。那么它有什么趣味呢？

　　行使这个地步，全班人或者能把下雨的雨滴能量应用起来。当雨水驱动基材举行挽回的岁月，就或许切割磁力线举行发电。大家们思象一下，改日下雨的工夫，撑一把雨伞就可以发电，那是怎样的局势。

　　发轫负责液滴的行径之后，我们又考核到印刷进程中另一个危机的成分，便是神色的题目。

　　全部人此刻看到的各式神情紧张基础于染料和颜料。染料是化学家对社会的一大勋绩，可是随着人们对环保的解析越来越深刻，染料出产和行使进程中爆发的稠浊题目越来越受到体贴。而全部人国家又是染料大国，产量占世界染料总产量的70%以上。

　　大家们关心到自然界中一种异常的表情——构造色。像孔雀羽毛、蝴蝶同党如此斑斓的颜色不是靠染料和色素产生，而是缘由在微观程序上具有规整的纳米布局。当纳米布局的周期跟可见光的波长成家的年光，就会产生抉择性的反射和衍射，发作呼应的神志。构造色出格俊秀、处境友情，而且长期不会消失。

　　全部人基于云云一个办法，着想了一种额外的纳米颗粒。这种纳米颗粒具有核壳机关，里边的硬核包管它排列周期的准确；外边的软壳能形成大宗的氢键，氢键让一个一个小颗粒或许缜密地邻接。那么我们就大概经历担负纳米颗粒的粒径，赢得反映的区别神情。

　　全部人或者多半量地合成这种纳米颗粒，并创造成看似白色的乳液。这种白色乳液大概经历喷涂的步骤大面积地形成许许多多的样子，唯有此中纳米颗粒的粒径和目标神情是对应的。

　　全部人们还或许把它做成一种墨水，直接用通常的喷墨打印机打印出构造色的图案。上图中的花和叶，就是由分别粒径的纳米颗粒组成的墨水发作的。

　　像上图里的蝴蝶样子卓殊文雅。从差别的角度看，它的神态会发作转化。这也是机关色的一个特点，跟通常的染料是不相像的。

　　这种印刷本事不妨用在很多场所，譬喻说高档的包装、各样防伪的票证，浮现出差别的印刷成果，跟大家对色彩的古板认知有很大的分歧。

　　这种才干还可能用在摩登的装扮品包装上面。昔日必要颠末在玻璃瓶上真空蒸镀的措施，镀几层金属来产生法布里衍射，材干发生这种奇丽的像彩虹肖似的干涉条纹。而今他们过程一个简捷的垂直提拉设施，就可能异常甜头、特别轻易地在塑料瓶上做出这样出格的神态。

　　在2021年，他们们又有了一个新的进取——通过一种墨水打印出全彩色的图案，这该当叙是倾覆了大师对色彩的认知。在古板的印刷周围，众人觉得要打印出彩色的图像，必定要分歧的墨水互相混合才行。

　　全部人们基于对墨滴行径的鲜明负担，就能变成预期的立体构型，分歧的构型会对应分歧的反射行为。

　　经历差异墨滴的叠加，就可能变成各式各样的立体结构。大家经过如此一个个全反射的微观布局的布局，就像牛顿用三棱镜把白光分成七色光相似，就也许用一种通后的墨水打印出全彩色的图案。

　　行使这种通后的墨水，再历程一个简便的喷墨打印机，就或许打印出十分秀丽的结构色图案，这是一个对守旧色彩认知的颠覆性履行。

　　上面视频显露的就是明后墨水的打印原委。透明的墨水会打印出彩色的雀斑，贯串打印的话，它的神气又爆发转化。在打印的过程中，惟有掌握它的构造，就大概明确负担它的样子。

　　上图是全部人们打印的极少新的样品，能够讲又文雅又奇特。一定将来所有人对色彩的认知，还会有更多的新表示。

　　传统的盲文是经由金属板冲压的方式打印出来，历程卓殊繁琐况且高明。一本盲文文籍通常价钱是寻常文籍的15-20倍，这也导致了盲童的阅读量受到很大片面。除此除外，如果手湿的话，还很随便把这种突出摸平。

　　全部人就想，如何样本事佐理盲人呢？在清楚担当墨滴成型的本原上，只有负担每一个墨滴造成一个微突出的构造，这个机合代表一个盲文的根基字符。全班人就可能用打印的方法，把历来非常印制的盲文形成普通打印的盲文，大大删除了印刷的资本。

　　并且这种方法不光或者打印笔墨，还或者打印图形。比方良多盲童小伴侣之前是没有玩过魔方的，讲理魔方要通过分歧的表情来划分分歧的面。可是唯有在分别的面上打印差别的图案，盲童就大概玩魔方了，这对开拓全部人的才调和念象力就非常有帮忙。

　　这几年谁们过程尽力，如故在包罗台湾在内的八个省市扩展了你的盲文印刷的技能。像左图是首套明盲对照明信片，中央的是福筑省出版的第一份盲人触摸地图，右图是北京大兴国际机场里襄理盲人出行的指示牌。

　　在这次北京冬残奥会上，也利用了大家们开垦的新的盲文出版才略，用来协理残疾人勾当员。全部人还为南京博物院异常出版了或许让盲人触摸的史书地图。

　　对大家大凡人来说，源委如斯一个立体图形的结构，还大概让古板的印刷变得愈加具有宗旨感，跃然纸上。图中像簪子肖似的图案，看起来肖似是一个实体，实质上它是一幅用全部人的技巧打印出来的平面图形。

　　除了传统的印刷除外，所有人还存眷到另外一种专家都离不开的器件——印刷电叙板，这是悉数的电器里边都有的部件。

　　为什么叫印刷电途板呢？便是情由它的坐褥经由是跟印刷制版的过程简直是一模相像的。

　　上图展示的是两种电路板的制版措施。左边是传统举措，先把电途板的图形曝光到一个感光胶片上，感光胶片做成一个底板，再蒙到一个镀了铜的塑料板（又叫覆铜板）上。过程第二次的曝光蚀刻，把大部分的铜侵蚀掉，留下的铜线便是你们须要的。

　　答案是把导电的原料做成墨水（上图右），用加法替代减法。如斯打印出来的图形就不简简略单是一个图案了，它还具有导电的效能，像一条线就不妨做电线用。

　　大家常用的各样电子票卡，包含地铁票卡，里边都有一个芯片、一个感觉线圈，这个线圈就或许用打印或许印刷的体例完结。

　　可以打印电途以来，所有人印刷术的运用范畴就十分普通了：蕴涵太阳能电池的栅极、许许多多的柔性电路、可穿着的器件等等。

　　印刷术也许倾覆守旧的蚀刻工艺，给大家需要一个更环保、更便捷、更优点的制作预备。

　　刚刚给众人讲了良多使用的例子。我们来自中科院化学所，是一个做根源研究的科研院所，那你们们商榷的根基科知识题是什么呢？为什么全班人能做出来，此外国家、此外科学家就做不出来吗？骨子上，印刷里边有很多来源科学的问题。

　　譬喻谁提出了纳米印刷的概想，刚开端许多众人也体现疑忌，起因那时国际上印刷的精度还在微米准绳。倘使要竣工纳米精度的印刷术，在当时不只能力上达成不了，从真理上都要面临良多本原科常识题的挑衅。印刷是图形承担的工夫，图形最根基的单元或者分裂为点、线、面，而纳米法式的点、线、面，这些根柢成分的实今朝那时被感触是不大体的。为什么呢？因为在本原科学里边，有几个生涯了几十年到上百年的困穷。

　　全部人要把一个墨点做到100纳米以下，才觉得它是一个纳米能力。但是这种环境就境遇了咖啡环效应：一滴咖啡在固体外观干燥的经由中，会不匀称地扩散，周围厚、中央薄，形成一个不均匀的黑点。所以全部人们平日很难展望一滴咖啡干了以还会造成一个多大的雀斑。倘若这个标题执掌不了，所有人就难以竣事精确控制纳米准绳的雀斑。

　　其余一个题目，就是何如样造成纳米精度的一个线条，这也涉及到一个出名的贫穷——瑞利不安乐性。另有一个标题，如何样酿成一个纳米圭臬的薄膜、也就是面，这又涉及到马拉格尼效应。

　　传统的咖啡环效应，是原因咖啡在贫乏的源委中，会边干涸边向周围扩散，它的气固液三相线是向外转移的。大家经过对液滴和材料表面相互教养的掌握，让墨滴干涸始末中的三相线是向里边回缩的，也就是越穷乏、墨滴越小，如许就能够冲破古板墨滴尺寸的限制，使打印的雀斑结束纳米的精度。在做到极致的境况下，全部人以至可以做到单纳米颗粒、双纳米颗粒，显然担负纳米颗粒在每个点上的个数。颠末真切担当它的个数，就告终了最小的点。

　　第二个搬弄，就是如何样做天下上最细的线，这里又遭遇一个生存了一百年的贫困——瑞利不平稳性：两个液滴在干枯的始末中，平时会排解形成一个哑铃形大要锯齿形的线条，很难形成微观轨范下准直的线。如果这个题目不管束，所有人就很难竣工纳米精度的线。

　　经过了良多博士同窗的贫寒竭力，他们们结尾实现了最细的线条，一种像糖葫芦串的结构，图中上半限制是单纳米颗粒形成的线，下半部分是双纳米颗粒形成的线。

　　第三个博鱼体育唆使是最薄的面，这也对一个科学上的繁难——马拉格尼效应进行深切商榷后做到的。他经历变成单层纳米颗粒，进而变成这种最薄的膜。

　　当点、线、面都能做到单纳米颗粒的精度后，印刷术的集体精度，就从正本的微米标准鼓吹到了纳米准则。也便是道印刷的精度进步了3个数量级，即1000倍。然则我们还不得意，大家希冀对每一个经由给出一个本身的公式，叫作绿色印刷三定律，这样就恐怕嗾使以还更多进一步的、深切的研讨。

　　3D打印有一个个人，古板的境况是，群众觉得墨滴一旦脱节打印机的喷孔，就失去了担负。也就是道一个液滴落在固体皮相，它的成型是很难职掌的。但他筹商的正好就是液滴和基材的相互熏陶，恐怕显然地负担墨滴的成型。上图左上方是普通的3D打印，几乎没有两个墨滴的三维样式是一模雷同的；左下方是显着的3D打印，墨滴式子就恐怕显着担负。这是来历大家深远地念考了液滴穷乏经由中的成型行动顺序，不光做到了承担它的大小、结构，还担当了它的取向（上图右）。

　　全班人几乎大概把区别的质料都做成墨水，让它们造成大家想要的各类状貌，同时具有特定的功能，这给守旧的印刷术带来了分外多概思性的突破。比方过程一个简略的步骤，你就或许把一个液滴提拉成一颗牙齿。这个材料的操纵几乎是定量的，意味着没有徒然，不会发生混杂。这也是方今原料行使率最高的3D打印。

　　大家们还也许用一个墨滴，打印一个隐形眼镜粗略美瞳，如此或许大大裁减材料的白费。

　　大家还或许把万种材料，包罗导电大约绝缘的质料，都做成墨水，用全打印的方式，做成上图所示的柔性电途，电说差异的层都恐怕过程全打印办法进行明晰的掌握。

　　全部人还可能打印柔性的触摸屏。传统的触摸屏创造，同样是用曝光蚀刻这种减法的工艺：在玻璃上蒸镀ITO（氧化铟锡）这种通后的导电材料，始末曝光腐化留下通后的导电网格，大局部的导电质料都被侵蚀掉了。他们们同样用加法取代减法，用纳米银这种导电原料，印刷出通后的导电网格，从底子上变更了素来做减法的、高搅浑的蚀刻工艺。

　　最近几年，全班人都亲切一个话题博鱼体育，就是芯片。芯片又称大领域集成电途，它的基本标题是若何在硅片上形成纳米精度的电途。

　　芯片创造的古板设施还是是基于曝光蚀刻的工艺，7纳米是而今物业最高的精度，只要荷兰的ASML公司可能坐褥云云高精度的光刻机，全部人们国家如今还不完全云云的材干。

　　这央求印刷的精度必须在纳米准则，也即是在10纳米如此一个量级。像前面所说的，他们切实的贡献，便是把印刷的精度从正本的微米准则赶上到纳米模范，这刚巧到达了芯片乞求的精度。

　　八年前，我们们在这个方面做了少许尽力，谁人工夫，大家可以在硅片上加工出30纳米线宽的线纳米驾驭。然则一个新的才干想代替守旧的才干难度太大了，以是其时大家就把它当成一个分外来源的搜求，没有协商起色更多实用化的技艺。自后各方面的境遇爆发了蜕变，全部人就竭力在念，有没有大意原委印刷，实在地处置芯片加工的少许瓶颈问题。

　　在切实芯片的图形担负上面，大抵推翻蚀刻工艺的集成电路制作方法不单要负责直线，还大约必要精确承当不同冤枉度的线。经由致力，大家们让差博鱼体育异的颗粒进程印刷以还，不只不妨排成直线，还大概真切担任它们的委曲度。云云对线条的细密制备，也有了格外大的渴望。

　　如今芯片的加工通过中，每一步至少须要三个步骤：要涂光刻胶，光刻，还要去胶。经由这三步，才具实行一个质料的图案化。如果全班人在印刷的经过中，能把两种材料通过纳米印刷的办法一步成型，是不是就恐怕用一个次序取代素来的六个步骤？

　　所有人们其时跟全部人的博士生叙，全部人能不能把黄豆和绿豆做成一种墨水混在总共，让它们颠末纳米印刷后，恐怕做到黄豆排成一排，绿豆排成一排。这在刚发端异常有唆使性，可是这位同砚对峙下来了，而且把这件事做成了。

　　像上图中，绿色的是大颗粒，红色的是小颗粒。这种夹杂的墨水里，区别大小、分歧性质的颗粒，它们跟基底的黏附感导是不宛如的。所有人经由印刷微模板的引导，也许让大的颗粒排成一排，小的颗粒排成一排。经历昭着承当墨滴和基材的彼此教养后，就能够竣工上面的计划。

　　上图中单排、双排、对称、非对称、直线、曲线以至曲线的振幅和周期，都或者显然地职掌。这样一系列分别明确图案的制备，异日无缺有可能过程印刷这种“加法”的形式，取代向来光刻这种“减法”的式样，讲理上是或者博得验证的。

　　但是做芯片是一个庞杂得多的工艺，要不然也不会叙芯片是最凌乱的高手腕产品。像芯片的遐想也有良多难点，此中有一个要谈问题便是最优串线标题：一个芯片有上亿个零部件，怎样把它连起来？

　　这个贫困常日都是最好的数学家在做，历程各类数学模型，尔后变成所谓的最优串线。这个历程是从电道板上体现出来的，电叙板上守旧的布线办法是横平竖直拐直角，云云的打算量相比照较简略一点。然而在高集成度的芯片上，两个挨得很近的导线同时通电，就非常于两个感应线圈，电磁作对额外严重，须要源委杂乱的抵偿电途去消释它。并且拐直角的场合，又会表现一个天线效应。

　　所有人在数学上没有那么高超的功底，那能不能搜索出其它一条途径？全部人有一个门生想到了蚂蚁和蜜蜂，它们在找食物的进程中，走的是一个能量最低的谈道，这是自然演化的一个本相。那如何样把能量最低的原理用到印刷上？

　　所有人提出来对液体举行钉扎，在液滴要颠末的处所、即导线要毗邻的场合，用导电的墨水把它钉起来，两点之间自由枯槁。假如能包管线联贯的话，结尾一定是一个能量最低的毗邻。在对这个旨趣进行试验之后，全班人又不料地涌现，它有良多120°角的连接体例，不是我们风俗的90°角。这种120°角的毗邻，即是一种优化的毗邻方式。

　　谁跟中科院半导体所配闭做了一个实验。如此一个新的连接办法可能淘汰近2/3的电磁滋扰，1/4的能耗，和17%的旗号贻误。

　　再有一个嗾使：随着芯片的加工精度越来越高，古板的、平面的办法不能惬心更高集成度的须要，所以显示了所谓的FinFET（鳍式）构造这种基于立体构型的芯片构造。守旧的印刷术对这种杂乱的立体组织是难以告终的，新鲜是这种多层的镂空构造，比如叙悬空线，在古板的印刷术上险些是不概略的。经由对液滴枯窘源委中万种动静举措和成型的清楚负责秩序的相识，所有人们也就手印刷出了紊乱的镂空线。

　　全班人进一步想，既然发展出了纳米印刷术，那么它精度的极限，也即是人类来日印刷术的精度极限是什么？

　　所有人们想来想去，感到这个极限简略是番笕泡的壁。它是你们们恐怕念到的、未来或者杀青的最细的线条。

　　肥皂泡的壁由外貌活性剂分子组成。如果把胰子泡排成图案，肥皂泡分割以后壁留下的印迹能到分子圭表。是以，到今朝为止，全部人能够想象的最细线条便是番笕泡的壁。

　　情由有一位知名的科学家奥斯瓦尔德，我们提出一个理论叫奥斯瓦尔德熟化。简便来谈可以用三个字总结，就是“大吃小”。大液滴遭受小液滴，大气泡碰到爱护泡，大的必然会把小的歼灭掉。这是理所当然的，群众都认为这是一个真理。可是全班人们又进一步，勇敢地提出来一个对气泡举行钉扎的概思。

　　要是经由一个印刷的模板，让肥皂泡在滋长通过中固定住，造成所有人所叙的限域，就有或者让悉数的番笕泡都演化成全班人想要的六边形网格。着末从素来的“大吃小”到“均贫富”，从原先的“丛林轨则”到“联合充分”。这个主见倾覆了一个经典的理论，保证了大家可能完毕以气泡为模板的印刷术。这大约是当前你们人类能够竣工的最细的线条。

　　进程着想好的模板，就能够把气泡演化成你们想要的各式各样的图案。气泡割裂以还，全班人就完结了纳米、亚纳米，以致分子规范的印刷术。

　　印刷电子是一个新兴的行业，也被感触是代表另日电子行业的一个新发展主旨。从原来基于真空蒸镀、曝光蚀刻的电子器件制备才力，起色到异日以印刷为本原的柔性电子器件制备才力，这对一共行业来谈是一个革命性的变更。

　　2012年，国际印刷电子次第组织建设，全班人有幸代表中原，参与了这个序次的少少切磋。奇怪是大家提出，生机中国能主持起草印刷图形周围清楚控制的法式。颠末出格大的致力，全部人们也赢得了大众组的认可。2020年8月21号，第一项由中国负责组织起草的印刷电子步骤得到进程，IEC（国际电工委员会）也赋予了全班人1906奖。这给大家国家发展相应的印刷电子产业，需要了根源和更多的话语权。

　　▲ 纳米绿色印刷技能转机：无光刻、无浑浊、无空费；真理厘革、本事突破、家当引领

　　将近二十年来，全部人原委对液滴的了了职掌，做到了对印刷技术的转折，甚至做到了少少要道性的转移。

　　最早他们们是颠末打印制版的体例，对古板的曝光蚀刻印刷制版形式做了一些转化，其时它的精度仍旧在几十微米模范；起色到经过印刷的方式印刷电子器件，它的精度到达了微米规范，也即是进程五年的努力，我们把印刷的精度发展了一个数量级；随后参加到了光子晶体布局色，它的特性尺寸达到了几百纳米，在印刷电子的本原上又前进了一个数量级；到包含印刷电叙、集成电途如许一个目标，它的特质尺寸达到了几十纳米，以是在印刷光子的根源上全部人又提高一个数量级。今朝大家们正在勉力做分子印刷，它的精度恐怕抵达分子规范，是目前大家或者遐思到的精度极限，可以到达几个纳米以至一两个纳米。

　　基础上每五年，全班人就从概思上、理论上和测验才华上，把印刷的精度发展到从来的十倍，这辱骂常不容易的颠末。扫数历程的核头脑念是基于对墨滴的消息举动和成型的鲜明担当，以及对墨滴和基材彼此感动法则的深远商酌。

　　生机来日能够转机少许新的理由，突破极少新的要叙才力，在某些合键的产业领域你们能走到宇宙的带动名望。

　　给行家举一个最新的例子，在2021年，我印刷了一个一维的纳米链，即是刚刚看到的像糖葫芦串那样的布局。它具有分外的构造，大概对光子发作分别的劝化，从而爆发反映异常的神情。并且这个神情会起因吸附分别的病毒，而发作反应的改变。从而群众就恐怕过程神志的蜕变，简洁地分别自己有没有劝化特定的病毒。

　　所有人的推敲主要聚焦于前人留给所有人的印刷术，并进程全部人的悉力把它阐扬光大。生机异日华夏的印刷术，会再一次成为他们们的自大。

　　所有人有很多异想天开的目的。我对学生们说过一句话，从“不大体”（impossible）到“我可以”（I’m possible）。这是全部人搞科研的人追求的，正本大家觉得这件事必然不成，可是万一行了呢？大家们们科学家就是干这个事的。

　　全部人要有勇敢的建造，有理思主义的相持，还要对异日抱有热切的愿望，巴望所有人这个国家，这个地球变得越来越好。

　　所有人盼望吸引更多对科学抱有热忱的青少年出席到我们华夏的科研部队傍边来，云云全部人们各行各业都邑表示更多新的突破性，以至颠覆性的原创才气。过程对一个小小液滴的控制，你们可以演化出这么多兴趣的东西和平时的行使。指望未来的青少年能够对科学有更多的创造。