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  絹�。⊿creen Printing），又稱孔版印刷、網(wǎng)版印刷、絲網(wǎng)印刷等，是一種古老但仍然廣泛應(yīng)用的印刷技術(shù)。傳統(tǒng)的絹印，分為制版和印刷兩部。制版過程是在以絲或尼龍織成網(wǎng)屏（screen）的四方框架上，以手工繪畫或感光方法，用光敏乳膠（emulsion）把印紋以外的網(wǎng)目完全封閉，而形成鏤空的孔版。印刷時(shí)，印墨（ink）受刮刀（squeegee）的刮壓，就會(huì)通過印紋部分的綱目而到達(dá)被印物上。

圖一：絹印步驟示意圖（上），絹印刮壓過程（中），常見絹印印刷品（下）

  絹印原理簡(jiǎn)明成本低廉，制版容易，印刷速度較快，且設(shè)備和印刷物可大可小，但是印刷品的分辨率不高。曾被廣泛用于印刷電影海報(bào)、商品包裝等，至今仍然在個(gè)性體恤衫制作、藝術(shù)版畫等領(lǐng)域占有很重要的位置。

  除了這些視覺領(lǐng)域，由于絹印的許多優(yōu)秀特點(diǎn)，近些年來科研和工業(yè)界一直嘗試將其改良，提高其分辨率，以便用于更多生產(chǎn)領(lǐng)域，諸如印刷電路板（PCB）。根據(jù)絹印的原理，其能達(dá)到的最大的分辨率不可超過所用絲網(wǎng)的目數(shù)（mesh number），同時(shí)也受到感光模板、光敏乳膠、印墨和被印物的限制。

  為了改進(jìn)絹印技術(shù)，加拿大女王大學(xué)劉國(guó)軍教授團(tuán)隊(duì)提出的設(shè)計(jì)思路，包括其中兩個(gè)環(huán)節(jié)的改進(jìn)：

• 1. 選用親水性的超精細(xì)電紡絲織物（~200 納米）作為“絲網(wǎng)”，絲與絲交疊形成的空隙平均約5微米，遠(yuǎn)小于目前商用絲網(wǎng)的孔徑。

• 2. 用含有光交聯(lián)和疏水成分的納米尺寸的高分子膠束（~20 納米）代替“感光乳液”。

圖二：劉國(guó)軍教授團(tuán)隊(duì)使用電紡絲織物和納米膠束改良絹印技術(shù)示意圖。

  首先，將含有環(huán)氧基團(tuán)的聚甲基丙烯酸縮水甘油酯（PGMA）和交聯(lián)劑作為前驅(qū)物，用電紡絲的手段紡成織物 （mat）（圖二 1）。這樣的織物在熱交聯(lián)后表面富含羥基，非常親水。同時(shí)，將聚二甲基硅氧烷（PDMS）和含肉桂酸成分的聚丙烯酸（PCEA）共聚物，在溶液中自組裝成納米膠束。

  然后，將納米膠束附著于織物絲表面，形成單分子刷狀層（圖二 3），并在激光打印的光交聯(lián)模板（mask）遮擋下使用UV光交聯(lián)（圖二 4）。模板上無色的區(qū)域被UV光透過，將PCEA交聯(lián)，PDMS就被固定在織物表面，形成超疏水的區(qū)域。而模板上黑色圖案的區(qū)域，UV無法通過，被遮蓋的區(qū)域未被交聯(lián)。上面的疏水共聚物將被溶劑洗去（圖二 5），最終變成親水的圖案。這樣經(jīng)過處理過的電紡絲織物就形成制版完成的“絲網(wǎng)”。

  最后，只需將水性印墨置于“絲網(wǎng)”上，便可見親水/疏水的區(qū)域形成的圖案（圖二 5，圖三）。而此圖案最終被印制在紙張上（圖二 6）。

  所得到結(jié)果顯而易見。在激光打印機(jī)打印出的光交聯(lián)模板（圖四 a）向“絲網(wǎng)”制版的過程中，幾乎沒有清晰度損失。所制出的“絲網(wǎng)”版精確還原了模板的細(xì)節(jié)，包括打印機(jī)在10號(hào)字體“i”字母頂部的打印缺陷也原樣重現(xiàn)（圖四 b）。而重現(xiàn)此處缺陷，所需的分辨率小于30微米。而從下至上的字體分別為10、7.5、5、4號(hào)字，也都在“絲網(wǎng)”精確重現(xiàn)。將文字印刷到普通打印紙后（圖四 c），所印圖案雖有細(xì)節(jié)損失，但依然清晰可見。所損失的細(xì)節(jié)主要來自于未優(yōu)化的印墨和紙張的粗糙度。與此作為對(duì)比的，傳統(tǒng)絹印技術(shù)印制的圖案（圖四d）在10號(hào)字體處尚可辨認(rèn)，小于5號(hào)的字體也幾乎無法辨認(rèn)。

圖四：所用的光交聯(lián)模板（a，e），本工作中制作的高清晰“絲網(wǎng)”制版（b，f），本工作中在紙面印制的圖案（c），使用傳統(tǒng)絹印印制的圖案（d）

除了印刷可視圖案，他們也嘗試了使用該技術(shù)印刷水性導(dǎo)電墨水。所采用的墨水是10納米左右的銀納米粒子，在打印紙上印出設(shè)計(jì)出的電路圖案（圖五b）。另一方面，電紡絲織物本身也可以作為柔性電路板的載體。在制版后，直接將商用的炭黑基水性導(dǎo)電墨水（Bare Electric Paint）稀釋后，裝載到電紡絲“絲網(wǎng)”上，可組裝出驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光的電路（圖五 c）。他們團(tuán)隊(duì)認(rèn)為這樣的技術(shù)和設(shè)計(jì)思路，或可運(yùn)用到目前熱門的柔性電路、可穿戴設(shè)備中，因?yàn)檫@樣的“絲網(wǎng)”本身也是可穿戴的無紡織物。

圖五: 電紡絲“絲網(wǎng)”用于導(dǎo)電油墨的印刷（a，b），柔性電路（c），和微流體診斷（d，e）

  除此之外，他們也在電紡絲織物上，制成具有微流體性能的圖案。他們用pH指示劑和銀鏡反應(yīng)（圖五d e）證明了這樣的性能。并指出該項(xiàng)技術(shù)除了用于改良絹印技術(shù)，也具有在微流體、診斷等領(lǐng)域的開發(fā)潛力。

  這一研究，利用光交聯(lián)技術(shù)和疏水納米膠束，在超精細(xì)的電紡絲織物上形成高分辨的圖案。這樣的織物具有多方面的應(yīng)用前景：可用于提高絹印技術(shù)的分辨率、可印刷導(dǎo)電墨水、可制作柔性電路和微流體器件。相關(guān)工作發(fā)表于Journal of Materials Chemistry C （DOI: 10.1039/C7TC05197B）。其部分前期工作發(fā)表于Journal of Materials Chemistry A （DOI: 10.1039/C4TA00714J）。

  論文鏈接：

  http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/tc/c7tc05197b#!divAbstract

  http://pubs.rsc.org/is/content/articlelanding/2014/ta/c4ta00714j#!divAbstract