近日，俄羅斯圣彼得堡“國(guó)立信息技術(shù)、機(jī)械與光學(xué)大學(xué)（ITMO）”的研發(fā)團(tuán)隊(duì)宣布，他們開(kāi)發(fā)出一種基于摻銪氧化鋯納米顆粒油墨印刷發(fā)光結(jié)構(gòu)的新型墨水。這種墨水不僅具有很好的穩(wěn)定性和耐久性，并且可以通過(guò)普通的噴墨打印機(jī)制備定制全息圖。

在各種表面上的進(jìn)行打印的實(shí)例

相關(guān)研究成果發(fā)表在近期的Nanoscale期刊上。("Inkjet Fabrication of highly efficient luminescent Eu-Doped ZrO2 Nanostructures")。

早在2015年，該團(tuán)隊(duì)就開(kāi)發(fā)了世界上第一種使用噴墨打印機(jī)打印全息圖像的方法。當(dāng)時(shí)，該團(tuán)隊(duì)使用的是基于二氧化鈦的墨水。此次，這種新墨水最有前景的應(yīng)用領(lǐng)域之一就是安全印刷，如紙幣、債券以及防偽文件的印刷制造。與現(xiàn)有技術(shù)不同，這種新方法可以在工業(yè)規(guī)模上創(chuàng)建各種各樣的全息圖，例如在需要保護(hù)的文檔上印刷特定的圖案或數(shù)字序列。

“銪摻雜的二氧化鋯是一種已經(jīng)被全世界各地的研究人員研究和使用了幾十年的材料。但是我們研究的獨(dú)特之處在于，我們使用這種材料來(lái)保護(hù)彩虹全息圖的表面。為此，我們必須獲得這種材料的特定參數(shù)。尤其是，這種墨水中所含納米顆粒的尺寸必須接近相同，而決定材料粘度的流變學(xué)參數(shù)也有嚴(yán)格的要求，否則墨水就會(huì)不合適噴墨打印。我們的目標(biāo)是將最初在試管中合成的材料轉(zhuǎn)化成可以印刷并應(yīng)用于任何表面的穩(wěn)定的膠體。我們的研究描述了制備這種功能性墨水的確切過(guò)程。”Alexandr Vinogradov，該研究的合作者、ITMO大學(xué)生物化學(xué)研究組的研究與負(fù)責(zé)人對(duì)該技術(shù)評(píng)論道。他指出，該產(chǎn)品已準(zhǔn)備好實(shí)際應(yīng)用。新墨水與現(xiàn)有打印頭類(lèi)型兼容，可與現(xiàn)有制作功能一起使用。

備注：銪摻雜的二氧化鋯納米顆粒與墨水制備

研究人員采用了非水溶膠-凝膠法，通過(guò)控制合適的溫度、合成時(shí)間、溶劑來(lái)合成出形態(tài)嚴(yán)格分布的二氧化鋯納米顆粒。具體的，他們?cè)?5mL特氟隆燒杯中將丙酸氧鋯（IV）（70％正丙醇）溶于無(wú)水芐醇（BnOH）中。對(duì)于摻雜的樣品，在加入Zr前驅(qū)體之前，將預(yù)先溶解在BnOH中的0.7mmol的銪乙酸酯與溶劑混合。使用前驅(qū)體的總量為6.42mmol，混合物的總體積為20mL。將密封的特氟隆燒杯放入鋼制高壓釜中。將裝有不同樣品的高壓釜在220℃的爐中分布加熱48、72和144小時(shí)。將得到的透明懸浮液中的乳狀沉淀物用乙醇充分洗滌至少三次，并分離。將一部分沉淀物在室溫下干燥以進(jìn)行進(jìn)一步分析，另一部分（濕）用于制備水溶膠。在獲得穩(wěn)定溶膠的過(guò)程中，將1mL乙酸加入到上述濕沉淀物和5mL去離子水中。乙酸起到質(zhì)子供體的作用并分解超晶格。將該混合物在磁力攪拌器上進(jìn)一步攪拌2分鐘，即直到所有沉淀物變成溶膠并且溶液變得透明。

酸性處理前后Eu摻雜的ZrO2納米顆粒的照片

將前述所得的溶膠在真空干燥器中進(jìn)行部分蒸發(fā)3小時(shí)，以增加納米顆粒的濃度并降低酸含量。將1mL蒸發(fā)后的溶膠與3mL乙二醇混合以增加粘度。此外，還加入10μL含氟表面活性劑DX4010N以降低油墨中的表面張力。所獲得的油墨具有約30mN·m^-1的表面張力和9.5cP的粘度，與Dimatix牌打印機(jī)十分匹配。

將打印機(jī)標(biāo)準(zhǔn)液體彎液面的值設(shè)定為4，而打印頭的溫度設(shè)定為28℃。設(shè)定在印刷時(shí)間內(nèi)每120秒定期進(jìn)行一次印刷頭的清潔程序。對(duì)于樣品的打印，僅使用一個(gè)噴墨頭。液滴產(chǎn)生的頻率為1kHz。將待打印的基體固定在打印機(jī)的真空工件臺(tái)上，并用異丙醇徹底清洗以除去任何殘留物。使用1mm厚度的顯微鏡玻璃、等離子體活化全息膜以及1000俄羅斯盧布的鈔票作為基體。此外，為了墨水的穩(wěn)定、快速干燥以及咖啡環(huán)效果的控制，打印階段的溫度控制在45℃。

參考來(lái)源：江蘇納米創(chuàng)新中心