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宋延林：打印出“世界上最小的點”（科創正青春）

來源：人民日報海外版

宋延林（右）在實驗室工作。受訪者供圖

“下面我跟大家介紹一下，綠色印刷盲文出版技術……”在實驗室，中國科學院化學研究所研究員宋延林娓娓道來。6分多鐘的視頻中，一項項突破性的原理和成果，把綠色印刷的神奇和無限可能呈現在人們眼前。

(資料圖片僅供參考)

2022年，在嗶哩嗶哩網站（B站）上，一個名為《盲文印刷》的視頻意外走紅。短短幾天，視頻便收獲了數百萬的瀏覽量。主持這項研究的正是宋延林和他的研究團隊。從一滴墨的“產生”與“落地”，宋延林開發出一條綠色印刷路線，用“印刷”讓世界變得更加美好。

從“減法”變“加法”

讀書、讀報、包裝、刷卡……在人們的生活中，隨處可見印刷產品的身影。

對于印刷術，中國人有深厚情感，但傳統的印刷產業面臨污染挑戰。宋延林說，從最早的雕版印刷到活字印刷，再到以激光照排為代表的化學成像階段，印刷一直是一種“減法”的技術。例如，激光照排會造成感光廢液的排放和大量感光材料的浪費。

如何用“加法”代替“減法”，讓印刷變得綠色無污染？宋延林提出了一個設想：在親水的版材上，打出親油的圖案?！皥D案能沾油墨，空白區不沾油墨，這樣就直接可以印刷了?！?/p>

在宋延林看來，這個大膽的想法源于他曾從事的信息儲存研究?！靶畔Υ婧惋@示都可以轉化為‘0’和‘1’的方式。沾油墨的地方是‘1’，沒有油墨的區域‘0’，接下來就是探索用什么材料去實現。”

水滴在荷葉上自由滾落的場景，啟發了宋延林尋找印刷材料的探索?！昂扇~表面有一種微納復合結構。我們靠納米材料，增強其親水性和親油性的反差，并利用納米顆粒復合增強耐印力，直接打印出能夠沾油墨的圖文區?！?/p>

回想起這段實現納米綠色印刷技術突破的經歷，宋延林感慨道，科學研究一定要敢于“想”，也要科學地“想”，直面和解決科研中的困難?！爸挥写竽憚撔?、勇敢挑戰、長期堅持，才可能取得突破性的成果?！?/p>

破解基礎科學難題

“我們開始做納米綠色印刷時立下一個目標，希望能夠控制每一個墨滴精確成型，做世界上‘最小的點’‘最細的線’‘最薄的面’。”宋延林說。

幾年前，當宋延林團隊提出“納米印刷”的概念時，也曾遭遇質疑。

“當時國際上印刷的精度還在微米尺度，從微米到納米要跨越3個數量級，精度要提高1000倍?！彼窝恿种毖?，要想實現印刷精度的突破，必須直面很多基礎科學問題的挑戰。

其中之一叫作“咖啡環效應”——一滴咖啡在固體表面干燥的過程中，會不均勻地擴散，邊緣厚、中間薄，形成一個不均勻的斑點。如果不能解決這一難題，精確控制印刷墨滴就成了不可能完成的任務。

為此，團隊成員通過對液滴和材料表面相互作用的深入研究和精確控制，突破傳統墨滴尺寸的局限，使打印的斑點實現納米的精度，甚至可以精確地控制每一個墨滴里納米顆粒的個數，打印出了“世界上最小的點”。

此后，宋延林團隊又相繼解決了“瑞利不穩定性”“馬拉格尼效應”等“線”和“面”的基礎科學難題，真正把印刷術的整體精度從微米尺度推進到了納米尺度。

“同時，我們還希望對每一個過程給出一個量化公式或相圖，指導今后更深入的研究，為印刷技術的發展作出更多貢獻。”宋延林說。

做有溫度的科研

幾年前，宋延林聽到了一位小女孩演唱的歌曲——《你是我的眼》。歌詞里描述的盲人生活，讓他輾轉反側。

“我們的研究能不能為盲人做些什么？”宋延林把目光投向了盲文印刷領域。

傳統盲文是通過金屬板沖壓的方式印制出來，印刷過程繁瑣、盲文容易磨平不說，盲文圖書的價格也相當昂貴，可達正常圖書的15-20倍之多，這極大限制了盲童獲取知識的機會。

“在精確控制墨滴成型的基礎上，只要控制每一個墨滴，形成一個微凸起的結構，就能代表一個盲文的基本字符。”在此前研究成果的基礎上，宋延林團隊用打印的方法，把原本特殊印制的盲文變成了普通打印的盲文，大大減少了印刷的成本。

“我們打印的第一本書是《沒頭腦和不高興》，希望孩子們讀了以后，能夠高興起來?！彼窝恿终f。

除了打印文字、圖書，新的打印方法還能打印圖形——團隊在魔方各面上打印了不同的圖案，讓盲童可以通過玩魔方開發智力和想象力。

2018年，宋延林和同事給北京盲校的孩子捐贈了一批圖書和教具。合影時，有位盲童手里拿著魔方，喜歡得不肯撒手，這個畫面一直印在宋延林的心里。如今，盲文印刷技術不僅在國內推廣，還受到國際上盲文出版機構的關注。2022年北京冬殘奧會上，殘疾人運動員第一次觸摸到了明盲對照的印刷品。

“科學家不是一個冷冰冰的群體，要做有溫度的科研?！彼窝恿终f，“科學家要有人文導向，通過科研，讓這個世界更加美好?！?/p>

探尋印刷精度極限

做慣了印刷技術的研發，宋延林時常天馬行空地想——這個東西能不能變成墨水？那個圖案能不能印出來？為此，他給團隊提了一個口號：萬物可為墨、世界皆可印。

宋延林說，從電子電路及器件、光子器件到生物芯片，“紙張”和“墨”的概念可以拓展到很多領域?！坝∷⑿g的應用領域非常廣泛，比如太陽能電池的柵極、各種各樣的柔性電路、可穿戴的器件等。我們幾乎可以把不同的材料都做成墨水，讓它們變成我們想要的各種形狀，同時具有特定的功能?！?/p>

近年來，宋延林團隊用透明墨水打印出了全彩色圖案，用一滴墨打印出一片隱形眼鏡，用印刷芯片檢測新冠病毒……這些成果都顛覆了人們對“印刷”的認知。

在納米印刷之后，印刷術的精度有沒有新的極限？宋延林認為，肥皂泡的壁就是極限。

“肥皂泡破裂以后，留下的痕跡能達到分子尺度，這是人類能夠想象到的最細的線條?！彼窝恿终f，泡沫物理學已經開創了200多年，但還沒有人能把肥皂泡做成圖案。這其中有更多的基礎問題需要破解。

“目前我們正在做分子印刷的研究。通過設計好的模板，就可以把氣泡演化成各種各樣的圖案，氣泡破裂以后，我們就實現了納米、亞納米，甚至分子尺度的印刷術?！彼窝恿终f。

從“不可能”（impossible）到“我能夠”（I"mpossible），這是宋延林對團隊年輕人的期望?！昂芏嘀匾恼n題，全世界很多人都想做、在做，我們有沒有獨特的方法和思路？想清楚這些問題，科研工作就會少走很多的彎路。”

“希望將來中國的印刷術，會再一次成為我們的驕傲?！彼窝恿终f。

中國科協科學技術傳播中心與本報合作推出

（本報記者 劉 峣）《 人民日報海外版 》（ 2023年08月24日 第09 版）

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