張曉安教授團(tuán)隊(duì)在無墨噴水打印方面取得突破性進(jìn)展成果再次在《Nat. Commun.》上發(fā)表
11月16日，吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院、超分子結(jié)構(gòu)與材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張曉安教授科研團(tuán)隊(duì)在無墨噴水打印方面取得突破性進(jìn)展，其創(chuàng)新成果再次發(fā)表在《Nature Communications》雜志上。
2014年1月，《Nature Communications》雜志首次報(bào)道了張曉安教授科研團(tuán)隊(duì)的無墨噴水打印技術(shù)，引起海內(nèi)外專家學(xué)者、業(yè)內(nèi)同行和國際國內(nèi)主流媒體的高度評價和廣泛關(guān)注。該技術(shù)不僅有助于解決目前噴墨打印消費(fèi)者面臨的墨盒堵塞、頻繁更換墨盒價格昂貴的問題，還有助于減少環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。
無墨噴水打印技術(shù)是以水代墨實(shí)現(xiàn)打印的技術(shù)，核心技術(shù)是打印紙，它具有水致變色可重復(fù)擦寫性質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)了紙張的循環(huán)使用。
然而，由于之前的水致變色可重復(fù)打印紙都是基于單一的水致變色染料體系，每當(dāng)需要一種新的顏色的可重復(fù)打印紙時，往往需要設(shè)計(jì)、合成新的水致變色染料，隨之而來的是較復(fù)雜的合成技術(shù)、較高的成本以及較長的周期。其中，對于黑色水致變色染料開發(fā)尤其困難，因此，最常用的黑色噴水打印還未有報(bào)道。此外，字跡保留時間短，以及基材的耐水性也是制約該項(xiàng)技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)瓶頸。
張曉安科研團(tuán)隊(duì)受生命體系的啟發(fā)，巧妙地將單一水致變色染料體系擴(kuò)展為由酸致變色染料和顯色劑構(gòu)筑的雙分子水協(xié)同變色體系，遇水前染料和顯影劑不發(fā)生顯色，遇水后顯影劑與染料發(fā)生作用而顯示顏色(圖1a）。通過選用不同顏色的酸致變色染料，便可實(shí)現(xiàn)不同顏色的水顯色，這使得可重復(fù)擦寫紙的顏色拓展簡單化(圖1b）。由于所用到的酸致變色染料及顯影劑大多已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，可以直接購買得到，免去了繁復(fù)的合成過程，大大降低了水致變色可重復(fù)擦寫紙制備成本。尤其通過購買市售的黑色染料，便可非常簡單地實(shí)現(xiàn)了人們期盼已久的黑色噴水打印顯示。
圖1（a）基于二元體系構(gòu)筑的水致變色可重復(fù)擦寫紙（右）與前期工作（左）的機(jī)理示意圖;（b）不同顏色噴水打印顯示實(shí)物圖
基于二元體系所制備的黑色水致變色可重復(fù)打印紙，經(jīng)噴水打印所獲得的黑色的色彩度和色純度非常高，基本可以與現(xiàn)有的黑色噴墨打印相媲美，字跡保留時間可以幾個月至半年（圖2）。當(dāng)然，這期間，也可以隨時通過打印機(jī)的加熱程序?qū)π畔⑦M(jìn)行擦除。
圖2黑色噴水打印過程及打印效果圖
為了快速推進(jìn)無墨噴水打印技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，早日實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品市場化推廣，張曉安科研團(tuán)隊(duì)與中國航天科技集團(tuán)公司旗下的樂凱醫(yī)療科技有限公司從2016年5月便開展了深度合作。借助樂凱醫(yī)療科技有限公司在涂布方面的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)了基于高強(qiáng)度、強(qiáng)耐水性的水致變色可重復(fù)擦寫紙的制備，顯著地提高了紙張循環(huán)使用性能，并可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的機(jī)器化生產(chǎn)（圖3）。
圖3基于PET基材的大面積水致變色可重復(fù)擦寫紙的生成車間照片及黑色噴水打印效果圖
此項(xiàng)研究進(jìn)展為綠色環(huán)保無墨打印技術(shù)完成從實(shí)驗(yàn)室到市場化奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。相關(guān)技術(shù)，已申報(bào)并獲國內(nèi)發(fā)明專利和美國發(fā)明專利授權(quán)。相信在不久的將來，便會看到這項(xiàng)來自中國本土的原始創(chuàng)新技術(shù)走進(jìn)千家萬戶。
該項(xiàng)研究得到國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目和青年基金、吉林省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目、樂凱醫(yī)療有限公司經(jīng)費(fèi)的支持。論文第一作者為該科研團(tuán)隊(duì)的席冠博士，通訊作者為張曉安教授和盛蘭副教授。
文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-018-07211-z
備注：轉(zhuǎn)載自吉大新聞網(wǎng)
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