图2 热敏打印材料构成Fig2 Thecomposing of thermographic coating

2.2 水打印材料

2.2.1 基于水显色的打印材料 随着各类打印机价格的降低和打印需求的不断提升，大量的耗材消耗成为人们不得不面对的实际财务及环保问题。据统计，我国全年的印刷纸消费量多达千万吨级，打印、复印耗纸量约40%在阅读一次后就被送往废纸篓当作垃圾。近年来一种项“喷水打印技术”（water-jetprinting）创新性地找到解题方法，不仅实现了水代墨问题，还实现了纸张的循环利用，极大地降低了打印成本，真正实现了“绿色打印”。该技术特别适合于每天印刷的报纸或杂志，阅后隔日回收打印，该纸又可以重复使用。如果我国能使用该项技术替代一次性打印品，每年至少可以节省几兆张的办公用纸，相当于少砍伐几亿大树。

该发明的核心技术是一种特制纸，总共有四层，分别为基底、保护层（PEG）、变色染料层（Dyes/PEG）和保护层（PEG），通过特定的工艺复合而成（图3a）。机器只需采用常规的喷墨打印机，墨盒中只装清水，打印时水渗透至变色染料层使其变色显示字迹；而通过加热使水挥发后，染料褪色又使字迹消失，从而实现了纸张的循环利用（图3b）。

图3 喷水打印原理Fig3 Theprinciple of water-jet printing

在该技术中，遇水可逆变色的智能染料是核心中的核心，它自带“开关”，有两种异构化的结构，一种有颜色，一种没有颜色（图4a）。只要存在于有水的环境中，就会打开开关使分子结构异构化，产生较大的电子共振体系，使其可见光区域的吸收峰增强而出现颜色。如果加热使水挥发除去，分子结构发生变化，电子共振体系变小，可见光区域的吸收峰减弱直至消失，就没有了颜色（图4b）。[1]

图4 喷水打印中的可逆变色原理Fig4 The reversible color changing reaction in water-jet printing

2.2.2 基于光子晶体的写字板 光子晶体写字板是指在写字板材料中含有固化的一维链状光子晶体结构，通过墨水渗透晶体间隙改变其衍射波长，从而改变其结构生色。根据布拉格方程，通过与水接触的区域所含有的一维链状光子晶体d值与n值的改变，可获得了具有不同光学衍射波长的光子晶体字迹，即呈现不同颜色显示。通过加热去除光子晶体印迹中的水份可以改变去光子晶体衍射特征，即擦除颜色（字迹），因此光子写字板可以重复多次使用（图5）。由于写字板可重复书写且墨水无毒，这种光子晶体写字板／墨水系统具有环境友好性[2]。

图5 基于光子晶体的可逆显色写字板Fig5 The slate of reversible color changing based on the photonic crystal

2.3 多维打印材料

2.3.1 双光子聚合3D打印 双光子吸收（two-photon absorption, TPA）是分子同时吸收两个光子从基态跃迁至激发态的一种三阶非线性光学效应。双光子聚合在引发剂作用下同时吸收两个光子激发后引发聚合。由于材料发生TPA的概率远低于单光子吸收，因此只有足够高的光子密度才能产生TPA。TPA强度正比于入射光光强的平方，由于只有焦点处光强达到了发生TPA的光子密度，TPA仅限于入射光波长立方的微小区域，因此TPA 具有高度的空间选择性，由此引发的化学反应过程也仅集中于焦点微小区域。

双光子聚合是采用近红外飞秒激光作为激发光源，能有效减小激发光的瑞利散射和介质吸收等损耗，在光动力治疗、荧光成像、光存储、光限幅和双光子聚合3D 打印领域获得了广泛应用。利用近红外波长飞秒激光的双光子聚合3D打印技术可以突破经典光学衍射的限制，制造分辨率高的纳米尺度任意形状三维结构，是目前国际领域前沿研究方向, 具有广阔的应用前景，被广泛用于光子晶体、微机电系统、组织工程和药物递送领域的应用研究。其中组织工程和药物递送领域的应用将是下一步研究的热点，例如用于组织工程和药物递送的水凝胶的加工。[3]

伦敦艺术家Jonty Hurwitzz最新作品“信任（Trust）”，采用双光子聚合3D打印技术，创造了迄今为止最为精细、无法用人眼识别的纳米级3D打印微雕（图6），该作品尺寸为80×100×20微米，远小于头发丝大小[4]。

图6 基于双光子聚合原理的纳米级3D打印微雕Fig 6 The 3D printing based on the two-photon absorption

2.3.2 4D打印材料 所谓的4D打印，即比3D打印多了一个维度，该维度通过编程，可以调控3D形状的变化。在微观世界，这种自我组装的技术并不罕见，比如蛋白质分子按照基因密码的预先设定，组合形成各种细胞和组织，而4D 打印技术便是将之宏观化。打印不再是创造过程的终结，而仅仅是一条路径。

文章来源：《信息记录材料》 网址: http://www.xxjlcl.cn/qikandaodu/2021/0708/2122.html