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“杰青”宋延林：用纳米材料打印精彩世界 |
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国家杰出青年科学基金设立20周年系列报道之一 |
编者按 1994年，国家杰出青年科学基金设立，科技界习惯称其为“杰青”。杰青设立之时，我国科研队伍建设正面临“青黄不接”的巨大难题。于是，“促进青年科学和技术人才的成长，鼓励海外学者回国工作， 加速培养造就一批进入世界科技前沿的优秀学术带头人”成了杰青的使命。20年过去，获得杰青资助的科学家已达数千名，他们中走出了白春礼、陈竺、刘德培、卢柯、王贻芳、薛其坤、姚檀栋、杨焕明等许多各自学科领域的将才、帅才。在杰青支持下，一大批创新性研究获得突破，其中不乏比肩国际最高水平的研究成果。
杰青设立20年之际，本报在“科星灿烂”栏目中陆续向读者介绍十余位获得杰青支持、取得卓越成就的科学家，试图从他们的成长历程、创新故事中，探寻科技才俊培养、人才强国建设等规律性命题。
“不管是搞科研还是做企业，都必须专注地做出最好的成果或产品，基础研究更是只有第一，没有第二。”45岁的中科院化学所研究员宋延林有一股书卷气，声音不高，眼镜片后的那双眼睛永远带着笑意。
熟悉他的人都知道，从国家杰出青年科学基金获得者，到改变整个印刷行业的绿色制版技术开发者，再到中科纳新公司创办者，10多年的科研和产业化实践才让宋延林有感而发。
“不管是一张纸，还是一块塑料膜，我在上面打印出一条线，它就能导电；还有这只漂亮的蝴蝶，它的色彩不是靠色素而是靠纳米结构产生的，我们可以把它打印出来……”说起纳米技术将给印刷产业带来的巨大影响，宋延林滔滔不绝。让人感觉他就像一个魔术师，能让一个个纳米颗粒乖乖听话，打印出此前人们想象不出的神奇世界。
10年前，当宋延林带领自己的团队闯入印刷领域时，远没有今天这般自信，也没有想到会开辟如此广阔的空间。2004年，他在国家项目支持下开发出可与国外知名品牌媲美、但价格仅为其1/10的打印墨盒。
他本可以在交出一份漂亮的结题报告后申请下一个课题，但随着对印刷行业的深入了解，他意识到，我国印刷行业污染严重且核心技术长期被国外企业垄断。能否用纳米材料通过打印研发出绿色制版技术？宋延林开始新的思考。
通俗地讲，传统的激光照排相当于“胶片照相机”，较先进的计算机直接制版技术（CTP）相当于“拍立得”，而绿色制版技术就像是“数码相机”。
具体说来，激光照排需要两次曝光显影，过程繁琐，而且使用的显影、定影液等化学物质会产生大量污染。即使目前国际上最先进的CTP，也需要感光预涂层和化学处理过程，而且核心技术被国外企业垄断，设备和耗材价格昂贵，让国内大多数企业望而却步。
更重要的是，如果走已有技术路线，想实现印刷技术突破，赶超发达国家，实现跨越发展，可谓希望渺茫。“我们必须另辟蹊径，从原理上实现突破。”宋延林说。
他的设想，是用纳米材料的创新产生“变革性”技术，即将印刷表面进行纳米结构处理，使其形成图文区与非图文区清晰的界面，即图文区超亲油（疏水），非图文区超亲水（疏油）。
这其中最核心的技术问题是通过对材料表面能的控制，解决图文和非图文区的反差和耐磨性问题，其中的关键则是如何控制液滴在固体表面的扩散和转移。
液滴在固体表面干燥的过程容易形成咖啡环，影响印刷质量，这个困扰学界和工业界的“咖啡环效应”多年未被攻克。因而，当宋延林提出解决设想时，没有几个人看好这一研究。不少专家肯定了这个方向的环保优势，但认为要实现图文区和空白区的巨大反差非常困难，将来只能打印一些比较低端的产品。
宋延林没有退缩。他深知要做真正的创新必须有敢为人先的勇气，要开辟一条全新的技术路线必须首先解决基础科学问题。“幸运的是，我得到了杰出青年基金的资助，对基础科学问题进行了系统透彻的研究。”宋延林说。
他成功了。“你看，我们可以做到由纳米颗粒组成的墨滴形成非常均匀的点，并能让一个墨滴是由一个、两个到几个数目可控的纳米颗粒形成；在此基础上，我们还能做到让纳米颗粒像糖葫芦一样串成一条直线，而之前两个液滴融合后常常会形成一个更大的液滴。”指着PPT上的一张张图片，宋延林显得非常自信，“纳米尺度点、线、面形成控制等基础问题的解决，突破了传统印刷技术精度的极限，可以自豪地说，这是目前能看到的最好的结果了。”基于基础科学问题的突破，2009年，宋延林团队研发的纳米绿色制版技术的中试线顺利建成，并已成功推向市场。在此基础上，他带领团队将纳米材料应用于绿色油墨、绿色铝板基生产等领域，形成了完整的绿色印刷产业链技术。“4年前我给你看的只是绿色制版这一个环节，现在我们已经可以利用纳米材料实现整个印刷产业链的绿色化，极大减少了污染物的排放。”
这还远不是他的最终目标。宋延林在多个场合用到的PPT中有这样一张照片，那是美国《时代周刊》的一个封面：一只巨大的iPhone手机背后是浓烟滚滚的烟囱和无数的工人。
“这暗示中国的经济发展一是牺牲环境、严重污染；二是靠廉价劳动力。这就是中国给世界的印象，是时候做出改变了！事实证明，我们可以通过技术创新拿出领先、环保的绿色解决方案。”他说，正是在不断和产业接触的过程让他深刻认识到，利用科技进步改造提升传统产业不是一句空话，而是落在每个科研人员肩上的责任。
因此，他又提出绿色印刷制造的概念。“我们要以核心的纳米材料技术为支撑，力求通过印刷方式，解决印染、建材等多个行业的污染问题。”他透露，下一步将突破纸张印刷的范畴，把纳米绿色印刷技术延伸到电子、建材、印染等行业，通过纳米材料的创新和应用，解决上述行业的环境污染和高能耗问题，同时降低生产成本，形成一个“纳米材料绿色印刷技术产业集群”。
而印刷光子概念的提出则让宋延林的触角进入另一个新兴行业，并与宝洁、三星等知名公司开展合作。“比如在智能包装方面，化妆品的包装可以指示消费者根据温度、湿度的差异使用不同的产品，而纳米光子材料可以用于高灵敏医疗检测产品和高性能显示器的开发。”
“也许将来手机、电脑、电视屏幕都可以打印出来，卷起来就能带走。”他坚信中国人一定能做出最领先的学术成果，也能提供最好的产品。
“我们用技术优势弥补了商业上的不足，现在我们的产品已经击穿了竞争对手的成本价，再也不用因为对手降价就心慌。”宋延林坚定地说，事实上不管是做科研还是产业化他一直都“如履薄冰，必须胆大心细”。但不管如何艰辛，他都会在创新之路上坚定地跋涉前行。（原标题：《宋延林：用纳米材料打印精彩世界》）
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