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新型导电油墨的制备与性能研究 【摘要】 【关键词】 自从1994年美国的马萨诸赛州XMX公司成功申请了用于制造油墨用的纳米级均匀微粒原料的专利后，纳米技术在油墨领域掀起波澜。油墨是由作为分散相的颜料和作为连续相的连接料组成的一种稳定的粗分散体系。那么，什么是纳米油墨呢？我们将纳米微粒添加进油墨中去，或者将制造油墨的原材料(如树脂、颜料、填料、连接料等)制成纳米级大小，这样生产出来的油墨就是纳米油墨。纳米油墨本身具备了普通油墨所不能比拟的许多优点，给油墨界带来了巨大的变革。 如今纳米化油墨的应用范围相当广泛 ，例如有纳米喷墨墨水、涂料、光电显示器等。而金属纳米油墨在纳米技术蓬勃发展的今天也初露锋芒，展现出其诱人的魅力和无可比拟的优越性，它正吸引着愈来愈多的人的注目。将来有可能把不同属性、功能各异的纳米粒子“复合化”，制成复合型的纳米油墨，它可能会引出具有崭新功能的、有趣的新型用途来。 目前，国内对纳米油墨的应用基本上还处于中试阶段，离广泛应用于油墨制造和印刷工业之中还有一段距离，但有专家预测，纳米油墨将为油墨制造业开辟一片广阔的新天地，为世界油墨和印刷技术带来一场新的变革。 国际上在纳米技术领域的竞争态势日益明显。发达国家无一不在瞄准和抓取这一可能给科技和经济带来突破性的、跨越式发展的新机遇。我国系统开展纳米材料的科学研究始于20世纪80年代末。经过近十年的努力，已经做出了一批高水平、有国际影响的工作。纳米技术对于印刷油墨的开发与研制将会有革命式的发展。现在纳米材料在油墨中的应用还是只局限在少数几种材料上，在未来几年里会有更多的、更广的纳米技术一显身手。届时印刷油墨会出现许多的新型油墨以适应未来印刷的发展要求。 1.2 纳米粒子在油墨中的应用 1.2.1纳米粒子的特点 纳米是一个长度概念，就像毫米、微米一样，是一米的十亿分之一，并没有物理 内涵。当物质到纳米尺度以后，大约是在1～100nm这个范围，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。这就是通常所说的纳米效应，纳米效应主要包括以下四个方面： （1）小尺寸效应：当超细微粒尺寸不断减少，与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度的特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏，引起材料的电、磁、声、光、热和力学特性等都呈现特殊效应。 （2）表面效应：由于纳米微粒尺寸小，表面原子比例增大，微粒的表面能和表面张力也随着增加，从而引起纳米微粒性质的变化。 （3）量子尺寸效应：大块物质由于含有几乎无限多的原子，其能带基本上是连续的。但是，对于只含有有限个纳米微粒来说，能带变得不再连续，且能隙随着微粒尺寸减少而增大。 （4）宏观量子隧道效应：粒子运动可以超过经典力学所限制的范围，这种超过是穿过势垒，而不是翻跃势垒，这就是量子隧道效应。 纳米粒子属单磁畴区结构的粒子。它的磁化过程完全由旋转磁化进行，即使不磁化也是永久性磁体，因此它可用作永久性磁性材料。磁性纳米粒子具有单磁畴结构及矫顽力很高的特征。在静电复印中，用磁性纳米色粉代替现在用的无磁性色粉，省却了在无磁性色粉中加入铁磁颗粒作载体，组成单组复印用显影剂，可以节约原材料，并能提高复印质量。 人们研究发现，处于纳米尺度的物质，由于它的小尺寸效应、表面和界面效应以及量子效应等原因，它们（纳米粒子、纳米线、纳米薄膜）在声、光、电、磁和力学等诸多方面均表现出了一系列与众不同的特异性能。例如，普通的金属在常温下大都为固体，就像金、银、铜、铁那样，它们的熔点都很高。而处于纳米状态的金属情况则不然，倘若将金纳米粒子放于手心，我们便可发现，该粒子就会像冰一样融化成为糊状。再者，有些金属纳米粒子，即使在通常的空气中也会因强烈氧化而自燃。 纳米粒子是纳米油墨的核心组分。被用于油墨的纳米粒子从其属性来看，既可以是有机的，也可以是无机的；既可以是金属的，也可以是非金属的；或者是它们的氧化物等。根据油墨应用领域的不同，人们可以自由加以选择。用于纳米油墨的纳米粒子，其粒径以数纳米为宜。需要说明的是，纳米粒子的粒径常常指的是平均值，即使对同一个生产批号的产品来说，每个粒子的粒径很难做到完全一致，而仅仅是大小分布不同的集合体。 纳米材料同普通材料的化学组成是一样的，而根本不同点是其晶体中晶体区的特征尺寸达到纳米量级，即主要由非共格界面构成的材料，其结构与普通多晶体（晶粒大于1 mm）明显不同。当粒子达到纳米级水平，粒子将成为有限个原子或分子的集合体，表现出常规粒子所不具有的表面效应与小尺寸效应，使纳米材料具有一系列优良的理化性能。 再如，有机颜料虽具有鲜艳的色彩和很强的着色力，但抗老化性能较差。纳米微粒由于其尺寸小到几个纳米到十几个纳米而表现出奇异的小尺寸效应和表面界面效应，因而其光学性能也与常规的块体及粗颗粒材料不同。 这里需要强调指出