纳米印刷技术改变世界 带来众领域全新变革
2012-10-09 13:46:54.0 来源：必胜 责编：王岑
- 摘要：
- 纳米技术其实就是一种用单个原子、分子射程物质的技术。它属于一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。所以当纳米遇到印刷就引发了强烈的“化学反应”。
【CPP114】讯：纳米技术其实就是一种用单个原子、分子射程物质的技术。它属于一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。所以当纳米遇到印刷就引发了强烈的“化学反应”。
刷摒弃了传统感光成像思路，无需暗箱操作而且制版流程简单。这就是所谓的纳米图像印刷技术。说到底就是一种新型的压印转印技术，它将被广泛用于纳米凹凸图形的加工制作。将具有纳米凹凸图像的模具作“印版”，用预先涂有聚合物涂层的硅片或玻璃片等作基板（被印物），在相应的设备和器具配合下，通过精确压印并定型以后，再把模具与基板分离开来。这时，人们会发现，存在于模具表面的纳米凹凸图像便准确无误地被转印到基板表面的聚合物膜上。这个被转印出的图像与模具表面的凹凸图形大小相等，深浅一致。但形状正好相反（阴转阳的图像），即前者的凸起处恰是后者凹下去的地方，反之亦然。
纳米印刷技术并非是传统意义上的印刷技术，而是近年来涌现出来所谓的“软印刷”技术。它突破了今天印刷精度的极限，把印刷推进到了纳米加工的尺度。因此，这一项技术的应用也就不只局限在印刷领域，它将能够影响到众多的相关领域。作为一门实用性很强的应用技术，在纳米电子器件、纳米光学元件、纳米生物传感器及其他具有纳米结构的功能图形制作方面，将显现出其独特的技术优势。毫无疑问纳米图像印刷技术，将为IT与微电子产业、生物与生命科学、环境与新能源技术等领域的加速发展带来重大的影响。
下面就来详细的向大家介绍一下，纳米图像印刷技术对其他相关工业领域的支持：
（1）微接触印刷技术（MCP）
就是把有机高分子溶液作油墨，涂于硅橡胶印版的图像部分，通过微接触印刷的方法，将印版凸起处的有机高分子转移至被印基板表面。由于发明者的巧妙设计，有机高分子被牢牢地吸着在基板表面上，形成分子厚度的凹凸图像。人们把这种技术称为微接触印刷技术。这里需要说明的，是在早期的实验中，作为油墨用的是带巯基的有机高分子乙醇溶液，所谓的基板是指表面镀有一层金膜的硅片材。当人们将硅橡胶印版上含巯基的高分子溶液转印到金膜上，便形成了自组装式的单分子膜图像。日本产业技术综合研究所纳米工艺学研究部的水谷亘等人指出，除含巯基的有机高分子溶液可作为微接触印刷的油墨使用外，最近科学家们又发现了表面具有化学活性的氨基硅烷，也是一种性能非常好的油墨。用这种油墨印刷出的图像（基板为云母片），经原子能显微镜（AFM）检测确认，在氨基硅烷图像的表面吸附着大量的DNA分子。人们认为，这是因为氨基硅烷表面的正电荷与具有负电荷的DNA分子相互吸引的结果。
微接触印刷不但具有快速、廉价的优点，而且还不需要洁净间的苛刻条件，甚至不需要绝对平整的表面。微接触印刷还适合多种不同表面，具有操作方法灵活多变的特点。该方法的缺点是在亚微米尺度，印刷时硫醇分子的扩散将影响对比度，并使印出的图形变宽。通过优化浸墨方式、浸墨时间，尤其是控制好压模上墨量及分布，可使扩散效应下降。
（2）毛细管微造型术（MIMIC）
就是将具有纳米凹凸图像的印版置于基板表面，这时印版图像凹凸处与基板表面形成极细的缝隙（毛细管），然后把液体聚合物滴在硅橡胶印版上。由于毛细管作用，液体聚合物便自行进入这些缝隙中。如果我们将缝隙中的聚合物固化后并将两者分离开来，即可获得精细的纳米凹凸图像。该技术可在光学组件等的制造领域获得广泛应用。
（3）微转印造型术（mTM）
就是将预聚物当做油墨，施涂于硅橡胶印版的凹陷处，通过转印方式，把预聚物转移到基板表面，再加热固化，形成纳米凹凸图像。我们把这种印刷方法称为微转印造型术。
（4）近场相位转换印刷术（PSL）
就是在基板上涂布光致抗蚀剂涂层后，再用硅橡胶模具在抗蚀剂涂膜上转印图像，并把它作为接触曝光的掩膜，如用紫外光对其接触曝光。由于硅橡胶模具转印的凹凸图形引发相位转换，从而有可能形成图像。不过，前提条件是图像凹凸部位的尺寸大小要比紫外光的波长还小，近场光的作用才能使图像转印成为现实。最近有文献报导，用此种技术可在球面上形成纳米图像。
另外，纳米图像印刷技术已经深入到为电子领域，甚至突破了微电子制作精度的极限（微米级别），把电子和印刷推进到了微观的纳米加工尺度。例如，在地图印刷制作方面，纳米技术的应用——微纳米地图的印刷制作日渐成熟。还有就是医学领域，美国的医学研究人员已经开始利用纳米印刷技术来对抗癌细胞，并取得重大进展，能使用纳米颗粒制造较大图像，该成果将使科学家、医学教授及技术专家可以按需所求，在相应位置准确放置小于100纳米的微粒。
这是研究人员第一次使用比针头小33000万倍的60纳米的微粒印刷。如果用在每平方英寸上所印刷的网点数来衡量，这种纳米印刷技术可产生10万点，而传统胶印的对应数值是1500点。IBM苏黎世研究实验室纳米构成技术研究者赫克·沃尔夫声称，“这是迄今为止最可靠的放置微粒的方法”。
研究人员表示，虽然该方法在近几年内还无法商用化，但它将对生物医学、电子学和信息技术等领域产生显着影响。如在生物学中促进纳米级生物传感器的发展；在半导体技术中可以用来制造更先进的电脑芯片的纳米线。沃尔夫表示，“我们一直在寻找一种技术生成这种纳米线”；在医学上纳米印刷技术可以用绘图形式来表现病人体内癌细胞的准确位置。
可见纳米印刷技术在众多工业领域都有着良好的发展前景，就如同3D打印技术一样，纳米印刷技术也将用它独特的印刷技术给我们未来的生活工作带来全新的改变。
刷摒弃了传统感光成像思路，无需暗箱操作而且制版流程简单。这就是所谓的纳米图像印刷技术。说到底就是一种新型的压印转印技术，它将被广泛用于纳米凹凸图形的加工制作。将具有纳米凹凸图像的模具作“印版”，用预先涂有聚合物涂层的硅片或玻璃片等作基板（被印物），在相应的设备和器具配合下，通过精确压印并定型以后，再把模具与基板分离开来。这时，人们会发现，存在于模具表面的纳米凹凸图像便准确无误地被转印到基板表面的聚合物膜上。这个被转印出的图像与模具表面的凹凸图形大小相等，深浅一致。但形状正好相反（阴转阳的图像），即前者的凸起处恰是后者凹下去的地方，反之亦然。
纳米印刷技术并非是传统意义上的印刷技术，而是近年来涌现出来所谓的“软印刷”技术。它突破了今天印刷精度的极限，把印刷推进到了纳米加工的尺度。因此，这一项技术的应用也就不只局限在印刷领域，它将能够影响到众多的相关领域。作为一门实用性很强的应用技术，在纳米电子器件、纳米光学元件、纳米生物传感器及其他具有纳米结构的功能图形制作方面，将显现出其独特的技术优势。毫无疑问纳米图像印刷技术，将为IT与微电子产业、生物与生命科学、环境与新能源技术等领域的加速发展带来重大的影响。
下面就来详细的向大家介绍一下，纳米图像印刷技术对其他相关工业领域的支持：
（1）微接触印刷技术（MCP）
就是把有机高分子溶液作油墨，涂于硅橡胶印版的图像部分，通过微接触印刷的方法，将印版凸起处的有机高分子转移至被印基板表面。由于发明者的巧妙设计，有机高分子被牢牢地吸着在基板表面上，形成分子厚度的凹凸图像。人们把这种技术称为微接触印刷技术。这里需要说明的，是在早期的实验中，作为油墨用的是带巯基的有机高分子乙醇溶液，所谓的基板是指表面镀有一层金膜的硅片材。当人们将硅橡胶印版上含巯基的高分子溶液转印到金膜上，便形成了自组装式的单分子膜图像。日本产业技术综合研究所纳米工艺学研究部的水谷亘等人指出，除含巯基的有机高分子溶液可作为微接触印刷的油墨使用外，最近科学家们又发现了表面具有化学活性的氨基硅烷，也是一种性能非常好的油墨。用这种油墨印刷出的图像（基板为云母片），经原子能显微镜（AFM）检测确认，在氨基硅烷图像的表面吸附着大量的DNA分子。人们认为，这是因为氨基硅烷表面的正电荷与具有负电荷的DNA分子相互吸引的结果。
微接触印刷不但具有快速、廉价的优点，而且还不需要洁净间的苛刻条件，甚至不需要绝对平整的表面。微接触印刷还适合多种不同表面，具有操作方法灵活多变的特点。该方法的缺点是在亚微米尺度，印刷时硫醇分子的扩散将影响对比度，并使印出的图形变宽。通过优化浸墨方式、浸墨时间，尤其是控制好压模上墨量及分布，可使扩散效应下降。
（2）毛细管微造型术（MIMIC）
就是将具有纳米凹凸图像的印版置于基板表面，这时印版图像凹凸处与基板表面形成极细的缝隙（毛细管），然后把液体聚合物滴在硅橡胶印版上。由于毛细管作用，液体聚合物便自行进入这些缝隙中。如果我们将缝隙中的聚合物固化后并将两者分离开来，即可获得精细的纳米凹凸图像。该技术可在光学组件等的制造领域获得广泛应用。
（3）微转印造型术（mTM）
就是将预聚物当做油墨，施涂于硅橡胶印版的凹陷处，通过转印方式，把预聚物转移到基板表面，再加热固化，形成纳米凹凸图像。我们把这种印刷方法称为微转印造型术。
（4）近场相位转换印刷术（PSL）
就是在基板上涂布光致抗蚀剂涂层后，再用硅橡胶模具在抗蚀剂涂膜上转印图像，并把它作为接触曝光的掩膜，如用紫外光对其接触曝光。由于硅橡胶模具转印的凹凸图形引发相位转换，从而有可能形成图像。不过，前提条件是图像凹凸部位的尺寸大小要比紫外光的波长还小，近场光的作用才能使图像转印成为现实。最近有文献报导，用此种技术可在球面上形成纳米图像。
另外，纳米图像印刷技术已经深入到为电子领域，甚至突破了微电子制作精度的极限（微米级别），把电子和印刷推进到了微观的纳米加工尺度。例如，在地图印刷制作方面，纳米技术的应用——微纳米地图的印刷制作日渐成熟。还有就是医学领域，美国的医学研究人员已经开始利用纳米印刷技术来对抗癌细胞，并取得重大进展，能使用纳米颗粒制造较大图像，该成果将使科学家、医学教授及技术专家可以按需所求，在相应位置准确放置小于100纳米的微粒。
这是研究人员第一次使用比针头小33000万倍的60纳米的微粒印刷。如果用在每平方英寸上所印刷的网点数来衡量，这种纳米印刷技术可产生10万点，而传统胶印的对应数值是1500点。IBM苏黎世研究实验室纳米构成技术研究者赫克·沃尔夫声称，“这是迄今为止最可靠的放置微粒的方法”。
研究人员表示，虽然该方法在近几年内还无法商用化，但它将对生物医学、电子学和信息技术等领域产生显着影响。如在生物学中促进纳米级生物传感器的发展；在半导体技术中可以用来制造更先进的电脑芯片的纳米线。沃尔夫表示，“我们一直在寻找一种技术生成这种纳米线”；在医学上纳米印刷技术可以用绘图形式来表现病人体内癌细胞的准确位置。
可见纳米印刷技术在众多工业领域都有着良好的发展前景，就如同3D打印技术一样，纳米印刷技术也将用它独特的印刷技术给我们未来的生活工作带来全新的改变。
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