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  11月16日，吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院、超分子結(jié)構(gòu)與材料國家重點實驗室張曉安教授科研團隊在無墨噴水打印方面取得突破性進展，其創(chuàng)新成果再次發(fā)表在《Nature Communications》雜志上。

  2014年1月，《Nature Communications》雜志首次報道了張曉安教授科研團隊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。

  無墨噴水打印技術(shù)是以水代墨實現(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、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道。此外，字跡保留時間短，以及基材的耐水性也是制約該項技術(shù)實際應(yīng)用的技術(shù)瓶頸。

  張曉安科研團隊受生命體系的啟發(fā)，巧妙地將單一水致變色染料體系擴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）的機理示意圖;（b）不同顏色噴水打印顯示實物圖

  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的加熱程序?qū)π畔⑦M行擦除。

圖2黑色噴水打印過程及打印效果圖

  為了快速推進無墨噴水打印技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進程，早日實現(xiàn)產(chǎn)品市場化推廣，張曉安科研團隊與中國航天科技集團公司旗下的樂凱醫(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，實現(xiàn)了基于高強度、強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，并可以實現(xiàn)大規(guī)模的機器化生產(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

  此項研究進展為綠色環(huán)保無墨打印技術(shù)完成從實驗室到市場化奠定了堅實的基礎(chǔ)。相關(guān)技術(shù)，已申報并獲國內(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，便會看到這項來自中國本土的原始創(chuàng)新技術(shù)走進千家萬戶。

  該項研究得到國家自然科學(xué)基金面上項目和青年基金、吉林省科技發(fā)展計劃項目、樂凱醫(yī)療有限公司的經(jīng)費支持。論文第一作者為該科研團隊的席冠博士，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