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《自然·通讯》吉林大学张晓安团队在无墨喷水打印方面取得突破性进展
2018-11-19 09:10:30 | 【 【打印】【关闭】

  11月16日,吉林大学化学学院、超分子结构与材料国家重点实验室张晓安教授科研团队在无墨喷水打印方面取得突破性进展,其创新成果再次发表在《Nature Communications》杂志上。

  2014年1月,《Nature Communications》杂志首次报道了张晓安教授科研团队的无墨喷水打印技术,引起海内外专家学者、业内同行和国际国内主流媒体的高度评价和广泛关注。该技术不仅有助于解决目前喷墨打印消费者面临的墨盒堵塞、频繁更换墨盒价格昂贵的问题,还有助于减少环境污染和资源浪费。

  无墨喷水打印技术是以水代墨实现打印的技术,核心技术是打印纸,它具有水致变色可重复擦写性质,从而实现了纸张的循环使用。

  然而,由于之前的水致变色可重复打印纸都是基于单一的水致变色染料体系,每当需要一种新的颜色的可重复打印纸时,往往需要设计、合成新的水致变色染料,随之而来的是较复杂的合成技术、较高的成本以及较长的周期。其中,对于黑色水致变色染料开发尤其困难,因此,最常用的黑色喷水打印还未有报道。此外,字迹保留时间短,以及基材的耐水性也是制约该项技术实际应用的技术瓶颈。

  张晓安科研团队受生命体系的启发,巧妙地将单一水致变色染料体系扩展为由酸致变色染料和显色剂构筑的双分子水协同变色体系,遇水前染料和显影剂不发生显色,遇水后显影剂与染料发生作用而显示颜色(图1a)。通过选用不同颜色的酸致变色染料,便可实现不同颜色的水显色,这使得可重复擦写纸的颜色拓展简单化(图1b)。由于所用到的酸致变色染料及显影剂大多已实现工业化生产,可以直接购买得到,免去了繁复的合成过程,大大降低了水致变色可重复擦写纸制备成本。尤其通过购买市售的黑色染料,便可非常简单地实现了人们期盼已久的黑色喷水打印显示。

  

 

  图1(a)基于二元体系构筑的水致变色可重复擦写纸(右)与前期工作(左)的机理示意图;(b)不同颜色喷水打印显示实物图

  基于二元体系所制备的黑色水致变色可重复打印纸,经喷水打印所获得的黑色的色彩度和色纯度非常高,基本可以与现有的黑色喷墨打印相媲美,字迹保留时间可以几个月至半年(图2)。当然,这期间,也可以随时通过打印机的加热程序对信息进行擦除。

  

 

  图2黑色喷水打印过程及打印效果图

  为了快速推进无墨喷水打印技术的产业化进程,早日实现产品市场化推广,张晓安科研团队与中国航天科技集团公司旗下的乐凯医疗科技有限公司从2016年5月便开展了深度合作。借助乐凯医疗科技有限公司在涂布方面的优势,实现了基于高强度、强耐水性的水致变色可重复擦写纸的制备,显著地提高了纸张循环使用性能,并可以实现大规模的机器化生产(图3)。

  

 

  图3基于PET基材的大面积水致变色可重复擦写纸的生成车间照片及黑色喷水打印效果图

  此项研究进展为绿色环保无墨打印技术完成从实验室到市场化奠定了坚实的基础。相关技术,已申报并获国内发明专利和美国发明专利授权。相信在不久的将来,便会看到这项来自中国本土的原始创新技术走进千家万户。

  该项研究得到国家自然科学基金面上项目和青年基金、吉林省科技发展计划项目、乐凯医疗有限公司经费的支持。论文第一作者为该科研团队的席冠博士,通讯作者为张晓安教授和盛兰副教授。

  
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