数学纳米涂料发展应用论文

本文通过大量的文献调研，总结了喷墨印刷技术的国内外研究现状，从承印物、油墨、喷头及转印方式4个方面分析了提高喷墨印刷质量的方法，最后对喷墨印刷技术的发展方向进行了展望。笔者认为随着喷印速度的提高，喷头阵列化应用技术的发展，喷印稳定性的提升及墨水性能的改进，喷墨印刷有望在成本、速度和质量上不断进步并媲美胶印水平。以下是小编精心整理的《数学纳米涂料发展应用论文(精选3篇)》，供大家参考借鉴，希望可以帮助到有需要的朋友。

数学纳米涂料发展应用论文 篇1：

纳米和你有什么关系？

策划人语

1959年，美国物理学家理查德·费曼曾大胆提出设想：“如果有一天可以按照人的意志安排一个个原子的话，那将会产生怎样的奇迹？”而今，因纳米科技而产生的奇迹不仅在不断发生，并且纳米带给人类生活的震憾，丝毫不逊于计算机技术的影响力，并且将更深刻、更广泛、更持久。

科学家们认为，纳米不仅小得可爱，而且威力无比、很有力量。它将会带来21世纪的一次产业革命，并且将深刻地影响人类的生活。

本刊在2012年第6期对北京怀柔纳米产业园做了报道，但纳米技术如何渗透到我们的衣、食、住、行、用等各个方面、如何改变你我的生活？在不远的将来，像现在“银河”那样的巨型计算机可以小到随手放进口袋；而美国国会图书馆的全部信息，可以压缩到一块糖那么小；纳米机器人可能进入我们身体的任何地方，帮助清除垃圾和病灶；甚至星际旅行也将因为有了纳米技术而变成现实……有了纳米技术，这一天看上去并不遥远。您相信吗？

茶杯摔不碎、衣服不用洗、机器人可以到人体内部给人治病，这一切听起来像是天方夜谈，但是因为有了小而可爱的纳米技术，一切成为了可能。纳米技术看似神秘，其实，在今天，它已经走进了你我的生活，悄悄渗透到我们的衣、食、住、行、用等各个方面……

纳米“生物炸弹”直击病灶

设想一下，未来您去医院看病既不用打针，也不需要吃药，这样就能治好您的病，您会相信吗？比如让微小的纳米粒子将癌症“烧煮”后从体内驱赶出去；药物像“精准的炸弹”一样，只在病灶靶心处引爆起作用；纳米级粒子使药物在人体内传输更加方便；在人工器官外面涂上纳米粒子可预防移植后的排异反应……这一切不只是想象，不久的将来，科学家将这些理论会变成可实际应用的治疗方法。

国家纳米材料科学中心研究员蒋兴宇激动地说：“纳米技术将带给医学一场前所未有的技术革命，它将大幅度提高人类健康和保健的水平，可以预见，不久的将来纳米医学将可望在许多方面得到突破和应用。”

举个例子，比方说感冒，大家感冒吃药，现在病人吃一次药可以管12个小时。说不定将来用纳米技术做成的药物吃一次可以管一周，也就是说一次感冒你吃一次药就足够了，这就是常说的纳米缓释技术。

还有呢，利用纳米技术，你可以让用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体。这种智能药物能直接到达原来到达不了的病灶部位，人们通过操纵智能药物，可使纳米微粒在人的身体病灶部位聚集并进行有目标的治疗，这就是常说的靶向药物，它能控释纳米微粒载体（俗称“生物导弹”）在病灶处引爆，这种用纳米定向技术输送药物治疗效果神奇。

现在的医疗水平，一般是等到疾病发展到一定程度的时候，疾病才能被诊断出来。如果疾病能早检测、早知道、早治疗的话，显然对治疗是有好处的。就像美国前总统克林顿曾经说过的那样，如果说癌症还只有几个细胞大小的时候就能被发现，那么癌症就没那么可怕了。纳米技术使得这种设想有可能变为现实，因为纳米技术的检测灵敏度特别高。未来，使用纳米技术的新型诊断仪器只需检测少量血液，就能通过其中的蛋白质和DNA诊断出各种疾病；纳米技术会让医生只检测几个细胞就能判断出病人是否患上癌症……

这些听上去似乎是天方夜谭的畅想，未来将逐渐变成现实。蒋兴宇研究员和他的团队使我们看到了利用纳米技术的希望。蒋兴宇激动地介绍说，2010年的一天，他和他的团队在大量研究中偶然发现了“黄金组合”——“纳米颗粒+药物前体小分子”。这种新型纳米材料是将本身无活性的嘧啶类药物前体小分子修饰于金纳米颗粒，使其显示优良的抗菌活性，从而攻破了“超级细菌”（随着抗生素的滥用，一批曾是“孱弱之躯”的细菌经历优胜劣汰，躲过抗生素的灭杀，数代繁殖后逐渐练就了一身“铜墙铁壁”，形成了所谓的“超级细菌”）的金钟罩、铁布衫。与现有抗生素相比，这种纳米材料很难诱导细菌产生耐药性。

“我们发现它是非常偶然的，但是我们抓住了这个偶然的机会。没有预期它对耐药菌的作用这么好。”

那么，这种作为新型抗菌体的纳米颗粒，是不是就能取代抗生素呢？蒋兴宇摇了摇头说：“纳米材料在耐药性方面可能会优于抗生素，但现在还需考虑的问题是纳米材料对人体的作用。” 据介绍，纳米颗粒对人原代细胞生理活动并无显著影响，但还需要根据更全面的实验来进行分析。最终能否对“取代”这一说法盖棺定论，还需在今后继续进行动物实验再到人体试验来加以验证。

“芯片上的实验室”守护食品安全

眼下，随着一系列食品安全事件的爆发，各种食品安全问题成了老百姓关心的焦点。大家要问，如果有准确、迅速、简便的检测方法，老百姓在选择食品的时候就有守护神了。2008年9月，我国爆发三鹿婴幼儿奶粉受污染事件，罪魁祸首三聚氰胺开始浮出水面，蒋兴宇说，“纳米技术运用于三聚氰胺的检测，表密度更高，选择性更好，速度更快，这是它较之前检测办法的优势。”这项技术便是微流控芯片，也被形象地称为“芯片上的实验室”。

微流控芯片的主要特点是能够使样品、试剂和能量消耗大大降低，缩短检验时间，提高分析检测的效率。特别是很多种基于免疫分析的检测方法，都可以利用微流控来克服常规免疫分析的缺点，大大降低检测成本。

除了灵敏度高、通量大、特性好等优点，微流控芯片之所以被称为“芯片上的实验室”，还源于其最大的魅力——小型化。这相当于将一个大型的实验室及实验设备搬迁至一个小小的芯片之上，使得普通消费者不再需要去检测中心花费大量的时间和财力进行像食品添加剂等物质的检测。这无疑是对检测技术的一场革命，为该检测技术走向千家万户提供了可能。

“就好比将我们过去很大的台式机电脑变成了现在的笔记本电脑，甚至手机的功能也远远超过了过去台式机电脑的功能，这都是小型化的过程。”蒋兴宇解释说，“我们希望能够将检测小型化，而这项技术的应用领域也非常广，可以做三聚氰胺检测，可以做艾滋病检测，可以做生化检测……长远来看，甚至食品安全的监测都可以依靠这个技术。”

蒋兴宇介绍说，微流控芯片目前大部分仍处于比较基础的研究阶段，还有一些技术上的难题没有完全解决，比如样品的前处理，部分信号的读出，分离、分析等。“目前信号的读出还需要借助一些大型仪器，我们希望能创造出一种像PH试纸一样高灵敏度的肉眼检测方法。”

一项技术从理论形态发展到日常生活用品，并非易事，蒋兴宇对纳米检测技术持乐观态度的同时也对其应用发展之路有着清楚的认识，“我们的主要工作就是对原型的实现，把检测的基本概念现实化，从原理上验证其可行，但后续要实现大面积应用、做成大家都能用的东西还需要和产业界相结合。”

纳米计算机：真实的“科幻”

世界上第一台实用电子计算机“埃尼克”（电子数学积分计算机）于1946年诞生。虽然这是人类科技史上值得大书特书的事情，但“埃尼克”却是个地地道道的庞然大物，它占地170平方米，重达30吨，运算速度只有每秒5000次。而由纳米物质制成的巨型计算机可以装入口袋里，其运算速度比今天最快的超级计算机都要快上10亿倍，此外，纳米计算机还有其他许多引人入胜的优异性能……

国家纳米材料科学中心研究员何军介绍，应用纳米技术研制的计算机内存芯片，其体积不过数百个原子大小，相当于人的头发丝直径的千分之一。纳米计算机其性能要比今天的计算机强大许多倍。随着在硅片上集成的晶体管数量越来越接近极限，集成电路的性能将越来越不稳定。由于加工芯片的机械需要有极高的精确度，所以生产成本非常昂贵。相比之下，利用纳米技术生产芯片，不仅可以达到极高的集成度，其成本也十分低廉。

纳米计算机有一些非常奇异的运算方式。例如，在种类众多的生物计算机中，科学家们最感兴趣的是“DNA计算机”。DNA计算机的原理是：DNA分子中的遗传密码相当于存储的数据，DNA分子间通过生化反应，从一种基因代码转变为另一种基因代码。反应前的基因代码相当于输入数据，反应后的基因代码相当于输出数据。如果能控制这一反应过程，那么就可以制作成功DNA计算机。

一旦人们掌握了制造体积微小的计算机的技术，人类社会就会从根本上处于一种新的形势。体积微小的计算机将非常便宜，因而随处都可以使用计算机，更广泛意义上的嵌入计算和普及计算将成为现实。

科学的未来让人无法预料。电脑与人脑相连接，这也许不再是科幻片中的场景。蒋兴宇研究员也相信“人机连接”实现的可能，而他们团队对神经细胞的生长控制研究，正为“脑机接口”这一新兴领域的研究带来了曙光。蒋兴宇研究员认为，“非常好地控制单个神经元的生长”，进一步研究这一有效途径，从而可能实现使用电子元件，恢复人体神经系统的缺失，为神经瘫痪、断肢病人带去福音。

非常有趣的是，传统计算机“软硬分明”，而纳米计算机的软、硬件的界限将逐渐变得模糊，巨型计算机还可以随你任意折叠，装在口袋里随身携带。利用纳米技术和一种称作“纳米盒”的装置，软件将可以由物质构成。因为利用化学方法，由纳米材料制成的硬件可以切成一小块一小块。人们不仅可以在因特网上下载软件，还能下载硬件。甚至，某些肉眼看不见的机器人可以将某些物质拆成原子，再将这些原子组装成纳米计算机。

在今后的10-15年内，纳米技术使纳米计算机会发生更根本、更爆炸性的变化，就像科幻故事描绘的一样令人吃惊。它的精髓不在于使计算机走向更微小、更便宜、更快速。它的意义在于人类学会了自然界所拥有的创新机理，也就是在原子水平上来进行开发。

纳米机器人：未来的体内医生？

在美国科幻大片《惊异大奇航》中，科学家把变小的人和飞船注射进人体，让这些缩小的“参观者”直接观看到人体各个器官的组织和运行情况。仿照细胞制造微型机器人早在上个世纪80年代中期，当科学家可以直接操纵原子的时候，人们就开始了许多幻想，如制造仅有少数原子构成的微型纳米机器人，它们可以游走在血管中吃掉沉积在血管壁上的垃圾，它们可以游走在组织间定向地识别和杀死癌细胞，然而在现实中，科学家根据分子病理学的原理已经研制出各种各样的可以进入人体的纳米机器人，有望用于维护人体健康。

目前，医用纳米机器人还处在试验阶段，大到长几毫米，小到直径几微米；但可以肯定的是，未来几年内，纳米机器人将会带来一场医学革命。

蒋兴宇研究员认为，医用纳米机器人有着无限的潜力——而其中最有可能的包括：治疗动脉粥样硬化、抗癌、去除血块、清洁伤口、帮助凝血、祛除寄生虫、治疗痛风、粉碎肾结石、人工授精以及激活细胞能量。

2011年10月，保加利亚科学家发明了一种用于试管“人工授精”的纳米机器人，可大大提高“人工授精”的效率。这种名为“HYDROMINA”的纳米机器人是由保加利亚科学院机械研究院科学家开发的，它实现了“人工授精”的全自动化，可以在避免细胞膜破裂的情况下精确地将精子注入卵子。纳米机器人的超薄吸液管可以对直径为三万分之一毫米的细胞进行注射。使用这种机器人可以避免许多以往的人为操作失误。据报道，这项发明可使“人工授精”的效率比过去提高100多倍。

展望未来，会有那么一天，成千上万的微型机器人在我们的血脉中穿梭，为我们调整机能、治疗伤口、甚至疾病吗？有了纳米技术，这一天看上去并不遥远。

纳米房子住着挺美

未来，大家可以住在环保又舒适的纳米房子里，大家会问，纳米房子到底有啥好处呢？

何军研究员介绍，纳米房子，自然是用纳米材料建成的房子了，它的整个结构都是使用纳米建材做成。何军把它称为环保节能型房子。现有的纳米建筑材料几乎涵盖了建筑材料的各个方面，包括轻质高强纳米墙体材料、门窗、管材、环保涂料、屋面材料、新型纳米阻燃材料、太阳能电池、通风及给排水净化系统等。纳米材料以其特有的光、电、磁等性能为建筑材料的发展带来一次前所未有的革命。

如利用纳米材料开发的具有自清洁功能的抗菌防霉涂料，对墙体有更牢固的附着力，并且易于清洁，能有效地抑制细菌、霉菌的生长，分解空气中的有机物和臭味，净化空气中的有害气体，增加空气中的负离子浓度，达到清新空气等功效；具有自洁功能的玻璃将实现免擦洗，从而解除蜘蛛人的危险而繁重的日常劳动；具有自洁功能的瓷砖将使家居生活更温馨，将使繁重的家务劳动变得很轻松；具有自洁、抗菌功能的PPR供水管，将使生活更轻松，管道使用寿命更长，水质污染更小……总之，今后住在纳米材料建成的房子里面，最大的享受莫过于舒适，厨房以后再也不用擦洗，地板也不用擦，墙壁也沾不上灰尘。

何军研究员告诉记者，纳米房子还有一大优点———冬天保暖夏天凉快，其实这也是纳米建材对光的效应所致：在夏天，纳米粒子能把各种红外线、紫外线分散、吸收掉，导致纳米墙体砖的传热性差，光的能量传不到房子里面来，里面自然变凉快了；冬天屋里面的热传不出去，便能取得保暖的效果。有这些优点，今后你要是住在纳米房子里，甚至可以夏不用空调、冬不用暖气了。

纳米衣服不用洗

“纯棉总比化纤好！”这个很多人根深蒂固的观念恐怕要改改了。“纳米衣物因含有特别的纳米颗粒，可持久释放微粒子，屏蔽体外细菌，甚至让人仿佛置身野外，时刻感受清新舒心之气……”何军研究员介绍说，“纳米衣”听起来十分神奇，随着纳米技术的发展却正在变成现实。

2000年春，国家纳米科技指导协调委员会首席科学家白春礼院士一边为国务院领导讲纳米科技，一边现场演示。他所演示的是一条漂亮的“纳米自洁领带”。它和普通领带、丝巾没什么两样，但经过纳米技术处理，却产生了特殊功能。污水像落在荷叶之上，一点粘不上，用手搓搓，净水一冲，污迹和油垢就没有了，根本不用洗涤用品。如魔术梦幻一般的演示，让观者无不叫好，表示出极大兴趣。

何军研究员介绍，这条“纳米自洁领带”就是由国家纳米材料科学中心江雷研究员主持研制的新产品。它的神奇归功于纳米新材料———二元协同纳米界面材料。它会在物质表面上形成一层稳定的气体薄膜，使油或水无法与材料的表面直接接触，从而使材料表面呈现水不沾的“超双疏”性能。

经过“超双疏”界面材料技术处理过的棉、麻、丝、毛、绒、混纺、化纤等各种纺织面料，都具备对果汁、墨水、酱油、植物油等“不沾”的“超疏”性能，但这种处理技术又不会改变原有织物的各种性能，即纤维强度、面料色泽、耐洗涤性、透气性、皮肤亲和性和免熨性等；同时还有杀菌、防辐射、防霉的辅助效果。如此一来，服装的洗涤次数可大大减少，洗涤方式只是用水轻漂即可，人们可从此告别大量使用洗涤剂洗衣的时代，减少污染、节约水资源、节约时间都是不言而喻的。这意味着这项技术将给我们的生活带来革命性的变化——让衣服不用洗变成现实。

你可知道， 2003年，“神舟5号”宇航员身穿北京铜牛集团生产的“铜牛”内衣遨游太空，这种内衣就是由北京铜牛集团自主研发的弗莱特纳米面料。这种纳米布料吸湿透气、抗菌、抗污轻薄、保暖防静电阻燃。这种纳米布料不仅弹性好，而且让人穿着舒适的同时还紧贴身体，通过不同的缝制工艺，无论宇航员怎么活动都不会带动其中的传感器材。要把这么多特性集于一身，纳料技术起到了关键的作用。

纳米汽车超省油

对于司机来说，雨天开车视线模糊，容易出交通事故，在不久的将来，汽车的挡风玻璃上贴上纳米车膜，这种车膜就可以自动挡开飞溅而来的雨水，让您在雨天开车也没有困扰。

还有我们知道，汽车的车身和大部分部件都是金属的，如果把纳米粒子跟塑料、聚合物结合起来，制成新的纳米材料，并用它来取代金属部件，那么这样做成的汽车就会特别特别的轻，特别轻了以后就很省油。有人曾经计算过，如果用纳米新材料做成汽车的话，全世界每年可以节省汽油15亿升左右，这样既减少了环境污染，又可以节省能源，而且汽油燃烧少了，自然二氧化碳的排放也就少了。

另外，由于纳米材料比表面积大、催化效率高等特点，在汽车尾气及车内空气净化方面应用纳米技术，将使排放的气体更清洁、更环保；发动机应用纳米陶瓷复合材料，将使发动机更坚固，使用寿命更长；在安全防护方面应用纳米力敏传感材料、汽车防腐底漆、自洁功能面漆、保险杠，车内装饰用纳米改性高分子材料（阻燃等），可以极大地提高汽车寿命，改善汽车的安全性；各类电机中应用的新型纳米稀土永磁材料，汽车动力应用纳米新型太阳能电池，将进一步降低能耗，使能源更清洁，功率更强劲。何军研究员充满信心，他说，这些方面已经引起一些大公司的关注，预计在近期内可形成约10亿美元的市场。由此可见，纳米技术在汽车产业中存在着巨大的商机。

【知识链接】

纳米技术大事记

理论物理学家理查德·费因曼（Richard Feynman）1959年12月29日预言，由于小型化，可能出现一个新的物理领域。人们可能制造出由几千个原子组成的微型机器。

1990年，首次演示了分子纳米技术的原理，当时IBM公司的研究人员设法将35个氙原子，组成"IBM"三个字。

纳米之父艾利克·德累克斯勒1990年出版的一本书：《纳米系统：分子机械、制造和计算》。

1996年，诺贝尔奖获得者、化学家里查德·斯莫利在纳米技术研讨会上作了主题发言，他发现了复杂的碳分子叫做"福勒尼"（fullerene），称之为纳米管。

1997年，世界上第一个纳米级商业纳米机器－生物探测器问世。

1999年7月，美国一个研究小组制造出厚度不足单个分子的简单的计算元件。

作者：邓爱华

数学纳米涂料发展应用论文 篇2：

喷墨印刷技术 研究进展

本文通过大量的文献调研，总结了喷墨印刷技术的国内外研究现状，从承印物、油墨、喷头及转印方式4个方面分析了提高喷墨印刷质量的方法，最后对喷墨印刷技术的发展方向进行了展望。笔者认为随着喷印速度的提高，喷头阵列化应用技术的发展，喷印稳定性的提升及墨水性能的改进，喷墨印刷有望在成本、速度和质量上不断进步并媲美胶印水平。

隨着印刷业的不断发展，数字印刷发挥着越来越重要的作用。喷墨印刷作为数字印刷的主要方式，采用的是一种计算机直接控制输出的技术，无接触、无压力、无印版，具有无版数字印刷的特征，并可实现按需印刷和可变数据印刷。喷墨技术省去了传统印刷方法所需要的制版设备、胶片以及版材等耗材，而且能在不同材质以及不同厚度的平面、曲面和球面等异形承印物上印刷，不受承印表面的限制。随着科技快速发展，喷墨印刷技术已向产品系列化、高速度化、高品质化、低价格化的方向发展，应用领域也已经扩展到按需出版、包装标签、纺织印花、装饰装潢、户外广告、印刷电子、3D打印等领域，发展势头可谓越来越红火。

由于我国针对喷墨印刷技术研究较晚，市场中喷墨印刷设备仍主要依赖进口，因此针对喷墨印刷技术研究不仅是国内外研究的重要内容，而且对于我国印刷装备技术发展具有重要意义。如何让喷墨印刷获得胶印一样的质量，是印刷领域工作者不懈追求的目标。

国内外喷墨印刷技术研究现状

1.国外喷墨印刷技术研究现状

19世纪随着物理学和电子学领域不断发展，1951年，世界上首台应用喷墨印刷原理的设备，在西门子研制成功，主要用于字符的喷墨打印。在此研究基础上，1963年，斯坦福大学Richaid G.Sweet博士开展了连续喷墨实验研究，通过利用微孔压力波谱，并在微粒上施加电荷，最终形成理想的墨滴，随后通过在偏转极板上保持恒定电压，来控制墨滴的运动轨迹，进而为喷墨印刷在商业领域的应用奠定了重要基础。

随着科研工作人员的不断努力，1977年，第一台按需喷墨印刷机西门子PT-80面市，将按需喷墨印刷技术推向了市场。随后，佳能推出BJ-80热泡喷墨打印机，该打印机通过将电信号传给微小加热器，使小墨滴汽化，形成的气泡便将墨滴从喷墨头喷嘴射出，在承印物上形成印刷墨点。20世纪90年代初，美国Encad公司推出了大幅面印刷机 Novajet Pro50，采用基于染料型油墨的4个惠普热泡喷墨打印头技术，印刷系统由此开始向彩色发展。

在喷墨技术研究中，国外学者就墨滴成型机理和喷墨行为方面做了大量研究，主要针对液滴形成及卫星液滴断裂进行数值模拟和试验研究，探究了液丝断裂、回弹和卫星墨滴形成，以及脉冲时间、电压对墨滴断裂时间、尾墨滴长度和墨滴飞行速度等的影响。随着喷墨技术在陶瓷方面的应用，还针对陶瓷喷墨技术中墨滴的成形和铺展进行了数值模拟。

在压电脉冲方面，其主要研究有压电喷头的动力学特性，脉冲电源与喷墨压力关系;研究者还利用双脉冲墨滴成型方法，通过控制低粘度墨水，得到墨滴体积、速度与双脉冲间隔时间及电压幅度之间的关系;通过研究不同温度和驱动电压对压电墨滴成型的影响，发现温度或驱动电压提高会使墨滴变大。另外，在脉冲波形方面也做了大量研究，通过波形控制以求消除残留压力波造成的卫星墨滴，减小墨滴的尺寸，使墨滴的飞行速度在不同喷墨频率下仍保持稳定。

经过多年的研发，特别是随着更适合印刷业需要的按需喷墨印刷头、UV固化墨水以及功能墨水的推出，喷墨印刷技术得到了飞速发展和广范应用，不仅在传统印刷、宽幅印刷、包装印刷、可变数据印刷、直邮等领域得到广泛应用，而且在陶瓷、纺织、印刷电子等领域的应用也不断增长。随着技术进步，墨水质量越来越好，尤其是喷头技术不断改进和功能墨水的研发，喷墨印刷技术不仅分辨率和速度越来越高，其应用也越来越    广阔。

2.国内喷墨印刷技术研究概况

我国针对喷墨印刷技术的研究开展的相对较晚，主要针对墨滴成型过程、下落及数值模拟仿真方面进行了大量研究。魏大忠等对压电喷头通过动力学分析，建立了微滴喷射过程的数学模型。齐乐华等通过对均匀墨滴喷射过程中的墨滴流形态、压力场和速度场及其影响因素进行了研究，揭示了均匀墨滴流形成得内在规律。对于驱动电压，刘春格等通过驱动原理和波传导理论分析推导了压电喷墨印刷的墨滴速度和喷射速度影响因素。宋波等通过试验分析给出了压电式喷墨印刷中操作频率、脉冲时间、脉冲电压等参数的最优值。刘忠坤等基于FPGA对喷墨头进行控制，发现在电压、温度、速度等不同参数值下，喷头喷射出的墨滴不同，在适宜的温度和一定电压范围内，电压越大，墨滴的体积越小，喷射速度越快，印刷质量就越好。

由于喷墨印刷技术相比现有陶瓷装饰手段具有独特优势，近年来，我国学者在喷墨印刷机理研究基础上，针对陶瓷方面的应用也进行了大量相关分析和应用研究。其中朱东彬等针对压电喷墨打印陶瓷构件机理以及应用实例进行了分析，并给出了成功打印陶瓷构件必须满足的条件。徐晗等采用基于PC 机的开放式五轴联动数控系统，开发了一种数控陶瓷喷绘机。随着喷墨印刷技术的不断发展，特别是微小墨滴喷射技术的深入研究，喷墨印刷技术在陶瓷功能构件成形及创意等方面将迎来广阔前景。

提高喷墨打印质量的方法

影响喷墨打印图像质量的因素有很多，其中比较重要的有3个方面：喷墨打印机、油墨以及承印物。对喷墨印刷机来说，喷嘴的直径越小，电流脉冲的频率就越宽，形成图像的墨点就越小，图像的分辨率就越高。但是，形成的墨点越小，印刷速度的提高也就越困难，它们彼此抑止，限制了图像质量的进一步提高。除喷墨印刷机之外，油墨、承印物以及它们之间的相互作用对图像质量的影响也很大。当油墨转移到承印物上时，油墨在承印物上铺展的同时，有一部分油墨渗透到纸张的内部。有油墨渗透的纸张，其特性发生了很大的变化。油墨渗透改变了油墨的性能，并导致印刷色彩与所期望呈现的颜色有很大的区别。本文主要研究喷墨打印过程中如何解决油墨的吸收性问题，从而使喷墨打印质量接近胶印水平。

1.对纸张表面的涂布

一般说来，油墨主要表现为很强的吸收性，而纸张由于其内部纤维的作用，主要表现为很强的散射性。因此，油墨渗透之后，纸张的吸收能力提高，而反射能力降低了;对墨层来说，由于油墨渗透，纯墨层变薄，当光线透过墨层时，光线吸收量减少。由于上述各种原因，油墨渗透会使印刷品颜色发生变化，其中包括色相的变化和饱和度的变化，除此之外，油墨渗透还会改变印刷品的色调范围。

先考虑喷墨印刷的过程。喷嘴在脉冲应力的作用下喷出墨滴，墨滴的大小由打印机的分辨率来决定，一般为60um左右。墨滴与纸张接触后发生铺展，铺展之后的尺寸约为原来尺寸的2倍以上。油墨铺展的过程决定了最后网点的均匀程度和圆度，因此对印刷质量的影响很大。在铺展的同时，油墨中的溶剂由于毛细作用渗透进入承印物，起显色作用的染料固定在纸基的表面，随着固体成分在纸基表面的增加，印品的色饱和度就越高。溶剂的渗透决定了干燥速度的快慢，因此渗透性不好会导致出血、背面蹭脏等故障。对喷墨印刷来说，影响油墨铺展和渗透的主要因素有油墨的表面张力，主要决定网点的大小、形状和油墨在印刷介质上的铺展过程，还有纸张的微孔半径、体积、表面粗糙度、表面能以及孔隙之间的联通等，这几个因素主要决定油墨的渗透。

目前，市场上常用的喷墨打印墨水主要是以水作为溶剂，黏度较小，流动性很大。对于吸收性基材，如纸张，墨滴喷射至基材表面时往往会沿着基材表面的纹路流动，使墨滴的沉积面积增大，浸染到邻近的墨滴，产生渗色现象，不仅影响色彩的还原质量，也降低了图文的分辨率;墨水向基材内部纵向渗透也会影响墨点的色彩密度，降低其色饱和度和鲜艳性。对于非吸收性基材，如PE、PET、PVC、玻璃、陶瓷等，水性墨水因其表面张力较高，对基材的润湿、附着性能较差，影响印刷质量，因此为使色调平滑过渡，达到复制完美，需要优化基材表面的化学组成或物理结构。

因此，为避免油墨在纸张表面的渗透扩散，可在纸张表面喷涂高分子材料。一方面可以限制喷墨墨滴的铺展或者控制液滴的铺展方向，另一方面可以改变基材的表面张力，提高图文的附着力，最终实现高分辨率打印，因此，喷墨打印过程中，喷墨打印基材表面纳米涂层质量直接影响印品的质量。

胶版纸、铜版纸是卷筒数字印刷的主要基材之一，原纸最大特点是表面平滑，显微结构多孔、粗糙。其常规生产过程是抄纸后，经过涂布胶、或含有研磨碳酸钙、高岭土、二氧化钛、滑石粉及塑料等颜料粒子的涂布液，干燥、压光后，提高纸张性能指标和印刷适性。国外（如芬兰、英国、加拿大、瑞典等）对喷墨印刷紙涂层研究较早，相关的研究进展和成果较多。研究内容主要集中在喷墨打印纸涂层材料与结构、生产工艺、印刷质量检测标准等方面。在涂料组成方面与涂布工艺方面，Hyun-Kook， Margaret等人较深入研究彩色喷墨打印纸的构成、气相二氧化硅对涂层的构成和图文质量的影响、粒径、空隙、和孔容对油墨吸附快慢的影响，并尝试用高岭土、碳酸钙常规颜料代替价格较高的铝土和二氧化硅。A.Hladnik自主研发设计用于检测的打印测试标板，用来评判打印质量，采用主成分分析法（PCA）评价图文印刷质量。KatriVikman研究通过实验研究喷墨打印色彩图文的耐光、耐水性能。H.Aslannejad， S.M.Hassanizadeh使用FIB-SEM断层扫描和3D孔隙尺度建模来表征多孔涂层纸的水力特性。Nahla A.El-Wakil， Nesrin F. Kassem，Mohammad L.Hassan通过使用氧化锌的纳米复合涂层对纸张进行预防性保护。马风秋研究了高岭土涂布纸涂层的孔隙率和孔径分布对印刷色彩还原性的影响。李莹研究了丁苯乳胶涂布纸对胶印油墨和UV油墨的渗透性，分析了孔隙和孔径大小对油墨渗透性的影响。辛纪辉等研究了以沉淀碳酸钙-乳胶底涂涂料和以二氧化硅-聚乙烯醇为面涂涂料在纸张表面单层或多层涂布对纸张的涂布量、白度、平滑度、光泽度以及打印性能色密度、阶调、图像清晰度的影响规律。Tiina Nypelo等用纳米碳酸钙涂布获得水接触角为125°的涂布纸，降低纸张的吸水性。Shaoxia Wang等以硅烷为原料，用溶胶凝胶法在纸张表面制备了一层不连续的薄涂层，降低纸张的吸水性，水接触角约为105°。Ahmed Barhoum用表面活性剂修饰纳米碳酸钙涂布，研究了涂布后纸张的涂布层厚度、涂布量、表面粗糙度、空气透过率、光泽、白度、不透明度和亲疏水性。Maryam Ataeefard等研究了激光打印机纸张性能和色彩还原性能之间的关系。Katriina Mielonen等研究了喷墨水墨分别在聚电解质聚二烯丙基二甲基氯化铵和羧甲基纤维素钠表面的润湿铺展行为，提高纸张的水色牢度和打印质量。

国内的华南理工大学、陕西科技大学、南京林业大学和天津科技大学从事彩色喷墨印刷用纸的研究，研究的内容主要集中在彩色喷墨印刷打印纸涂料的性能和制备、涂层颜料的种类、改性胶黏剂等方面，旨在提高喷墨印刷质量品质。例如制备SiO2@Al2O3壳体结构复合材料用于构筑喷墨打印纸的涂层纳米CaCO3经过特殊工艺处理，使得粒子分散均匀，在纸张表面进行涂布后形成表面平整的印刷用纸。制备单分散纳米二氧化硅微球、沉积法纳米涂层和共生长法纳米涂层，所制备的两种纳米涂层均实现了结构有序、表面平整、孔隙丰富、分布均匀。利用K-M理论建立油墨在纸张涂层的渗透模型，通过实验计算出油墨在纸张涂层渗吸的深度，确定了油墨渗透之后介质的光吸收系数与光散射系数，通过宏观观察喷墨印刷质量。所以，在研究纸张吸墨性能的过程中，不能仅仅依靠提高喷墨印刷机的性能或者单纯添加表面活性剂增大纸张表面活性，提高表面张力，还需要深入了解纸张的渗吸特性和不同纸张孔径分布及大小，正确匹配油墨粒子与空隙的大小。在开发和设计的造纸涂层材料的设计中，应认识和研究涂层的横向渗吸和纵向铺展的机制，优先考虑材料本身的渗吸性能。

这些研究主要是通过采用不同颜料或不同胶乳，涂布改进纸张的各种性能，但很少涉及纸张表面大吸墨容量、快吸收表面多孔涂层的构筑以及与喷墨微细液滴或喷墨数字印刷过程结合。

2.对喷墨墨水的优化

喷墨印刷油墨是喷墨印刷中非常重要的材料之一，它直接决定了喷墨印刷的质量好坏。喷墨油墨是一种要求较高的专用油墨，必须具备稳定、无毒，不堵塞喷嘴，保湿性和可喷性好，且对喷头等金属部件无腐蚀作用，不易燃烧和褪色等特点。除此之外，还必须具有合适的表面张力、黏度、弹性和密度。为了获得较好的印刷质量，必须选用合适的喷墨油墨。目前，市场上所用的喷墨印刷种类很多，主要分为UV油墨、溶剂型油墨、水性油墨3种。这3种类型的油墨各有所长，在喷墨印刷领域都有广泛运用。其中，UV油墨和水性油墨属于环保型油墨。UV油墨不依靠渗透和蒸发来固化，而是通过紫外光照射进行固化，是一种特有的固化方式，因此受到广泛的推崇。

UV固化喷墨技术结合了UV固化油墨和喷墨打印技术的优点，既有UV固化油墨在经济和技术上的优势，还有喷墨打印技术在使用和操作上的便利。这些优点包括：没有挥发性有机物质;低能耗;快速固化;适合于多种基材;不堵塞喷头;油墨组成恒定;打印质量好;无油墨浪费等。

在喷墨印刷领域，最受关注的当属兰达公司在drupa 2012新推出的Landa纳米喷墨印刷技术了。众所周知，Landa纳米印刷技术的核心是Landa NanoInk纳米油墨。这种纳米油墨的颗粒直径只有几十纳米，而且对于光的吸收性能比传统颜料更强。因此，可以在减少颜料总量的情况下，获得更加出色的图像质量。并且，Landa纳米印刷技术打印出来图像墨层厚度非常薄，平均墨层厚度只有500微米，相当于传统胶印墨层厚度的一半，因此，这种印刷技术在材料使用方面更节约，成本也因此大幅度降低。

在喷墨印刷的过程中，需要将直径仅微米左右的微小墨滴以滴秒的喷射速度从喷嘴中喷出，这就要求所用的墨水必须具有低表面张力、低勃度、相对密度小、具有适当的电导性、干燥速度快，并且基本上保持中性的值以避免对喷嘴的腐蚀等特点。因此，只有对喷墨印刷墨水的适应性进行合理调整，才能使印刷时墨水不产生堵塞喷嘴，而且在承印物上能准确的形成所需墨点的大小，以便构成清晰的图像。

但是，由于墨水中染料是分子级的，所以当墨水被喷射到普通纸张类介质上以后，由于普通纸张上布满了大量吸水性很强的纤维，而染料含有大量的亲水因子，两者结合，染料分子就和溶剂一块渗透到纸张内部，墨水便会顺着纸纤维晕染开去，造成打印质量的下降，同时染料墨水的耐光、耐水性能都较差。为此提出了改进染料结构的方法来提高墨水耐光、耐水性能。例如将直接黄和直接黑的钠盐改为铿盐來提高其耐水性能。有机颜料可以提供良好的耐水、耐光稳定性，并易得到较高的色密度和鲜艳的色光。所以在20世纪年代中期，就有人开始研究用于彩色喷墨打印机的颜料型墨水。颜料型墨水的主要问题是颜料的分散稳定性不好和颜料的粒度大以至不能够顺利喷射出来而堵塞喷墨头。

日本最近又研制成功树脂颜料墨水，利用特殊的疏水树脂将每颗超微粒子颜料包裹，当墨滴喷出时，颜料粒子渗透到纸张内部，树脂则覆盖在表面形成保护层，不但可以保护墨滴由于毛细作用的干扰出现晕染现象，还可以抑制光线反射和散射，提高整体光泽感和色彩再现能力。其打印的图片色彩更逼真鲜艳，防水、耐光性能也得到提高。

3.对喷墨打印头的优化

喷墨打印设备的关键核心部件是喷墨打印头。喷墨打印头技术主要有两种原理：一种是连续喷墨（CIJ）技术，其工作原理是喷墨头连续喷射墨滴，其中一部分墨滴选择性地喷在介质上，另外的墨滴则回收到循环系统中;一种是脉冲或按需喷墨（DOD）技术，其原理是通过控制驱动脉冲电信号（或者波形）选择性地触发喷墨头里的制动器（Actuator），使墨滴在需要的时候从喷嘴喷射出来。DOD喷墨打印头技术又分为两种：使用压电陶瓷作为制动器（Actuator）的压电喷墨（PIJ）;使用加热电阻作为制动器（Actuator）的热发泡喷墨（TIJ）。

历史进程中出现了不同类型的喷墨打印头，主要分为按需喷墨和连续喷墨两大类。连续喷墨分为二元式、多元式和赫兹式;按需喷墨主要分为热气泡式、静电拉力式和压电式，其中热气泡式喷墨打印头分为顶射式和侧射式;压电喷墨打印头分为挤压式、弯曲式、推式和剪切式。

喷墨打印机应用于中国的标志是1993年5月初，世界首台用于中文的喷墨打印机的出现。我国喷墨打印头技术起步较晚，初期的关注方向主要在喷墨打印头综述方面，没有针对一种特定的喷墨打印头进行深入研究。

2004年，清华大学魏大忠等人建立了二维压电喷墨模型，对液体在腔室内流动进行简化模拟，推导出了墨滴成型的数学判别依据，根据模拟结果，提出了圆柱形弯曲式压电喷墨打印头腔室的设计方法。2005年，北京工业大学周煜等人模拟了应用于压电喷墨的压电薄膜机械振动特性。同年，上海交通大学赵钧等人运用微机电系统工艺，以SU-8光刻胶作为喷墨腔室，电铸镍工艺制作喷孔，采用热压键合工艺将喷孔层贴于SU-8光刻胶腔室层，在6英寸晶片上制作了电阻尺寸为44μm×44μm的热气泡喷墨打印头。2009年，西安电子科技大学王贝利用亥姆霍兹谐振原理，将压电喷墨打印头腔室看作亥姆霍兹谐振腔，建立压电喷墨打印头腔室内液体动力学模型，并结合黏性液体经过腔室壁时所产生能量损耗公式，完善了适用于压电喷墨打印头的亥姆霍兹谐振公式，通过实验验证了其理论结果的有效性。2009～2014年，江南大学唐正宁教授的课题组对喷墨打印头喷孔形状、推拉式压电喷墨打印头流体动力特性、压电喷墨打印头驱动波形、墨滴分裂与成型等压电喷墨打印头相关理论进行了研究，但是没有设计出具有自主知识产权的压电喷墨打印头。2012年以来，大连理工大学邹赫麟教授课题组运用MEMS工艺，对喷墨打印头模拟与优化、硅基薄膜工艺、压电薄膜工艺、聚合物腔室工艺和压电式喷墨打印头的喷墨测试5个方面进行研究，并且成功制作出能够实现喷墨的弯曲式压电喷墨打印头。台湾中山大学、成功大学等研究人员对热气泡喷墨打印头进行了研究，并采用多种工艺制作出顶射式热气泡喷墨打印头。

4. 对转印方式的优化

在转印的过程中，压印滚筒将橡皮布上的图案压印在承印材料上。一般情况下，转印时的印刷压力会造成网点的扩大，但Landa纳米印刷系统中，橡皮布与承印物只需快速轻微地接触，就可以实现图案100%的转移，因此网点依然保持清晰锐利。

Landa纳米印刷技术虽然属于喷墨印刷，但是与传统意义上的喷墨印刷有着本质的区别。传统喷墨印刷是将墨滴直接喷印在承印材料上，而Landa纳米印刷技术是先将油墨喷到转印带上，然后再转印到各种承印材料上，原理与传统胶印相似。转印的好处在于：喷墨印刷直接将油墨喷到承印材料上，含水分的油墨会渗透在承印材料上，扩散并被承印材料纤维吸收，造成网点扩大模糊;而Landa纳米印刷技术中，油墨在转印带上已干燥，转印到各种承印材料上后，不会渗透、扩散，印刷出来的网点光滑锐利，承印材料也不会湿润致變形，而且这也就是为什么该技术可大量减少油墨使用量的原因。

在传统的喷墨印刷中，承印物进入印刷单元，喷头将墨水喷到承印物上，然后干燥。但是有一个问题，墨水喷到承印物上，要用很大能量去干燥，另外，因为墨水会渗透到承印物中，要达到理想的色浓度的话，就要加大墨水用量。这就造成目前的喷墨技术速度不快，只是用在特殊领域当中。而兰达纳米印艺技术是将纳米油墨直接喷射在橡皮布上，干燥后转移到承印物上，因此，仅仅用少量油墨便能够达到最终效果。

喷墨印刷技术发展方向

如今，喷墨印刷技术的应用领域从之前的户外广告等，扩展到了陶器、瓷砖、标签打印、纺织印花、玻璃饰品等，且还有不断扩大的趋势。我国数字喷墨印刷市场需求虽然滞后于欧美地区，但是近年发展速度加快，市场潜力巨大。

喷墨印刷设备喷印的制成品效果逼真，转换产品生产灵活简单，但目前设备、耗材墨水、零部件配件等价格高昂，现今喷墨印花（印刷）设备主要还是应用于数码打样、户外广告、标牌等。近年来，一些生产型印花企业为了完善自身产品结构，快速响应订单要求，已经将喷墨印刷设备应用到陶瓷砖印花、标签印刷、可变数据出版印刷等大规模喷印生产领域。

未来，随着数字喷墨印刷设备的喷印速度的提高，喷头阵列化应用技术的发展，喷印稳定性的提升和墨水工艺的改进，喷墨印刷有望在成本、速度和质量上不断进步，替代部分传统丝网、辊筒等传统工业印刷的应用，更好地满足各下游大批量生产应用的需求。

随着人们环保意识的增长，环保印刷成为全球，特别是北美和西欧一些市场较为成熟的地区的主流趋势。今后，喷墨印刷技术涉及的领域不断扩展，除了在喷印作业过程中要求喷印作业节能性、作业环境无危害外，下游应用领域（如食品、饮料、医药和烟包等）的印成品需要符合低溶剂残留、异味小、无毒、无污染的要求。

结语

喷墨印刷技术集成了信息技术与机电一体化技术，在各个领域应用日益广泛。从以上的研究现状可以得出，承印材料的性质、墨水的性能、喷头控制系统、喷墨印刷转印方式等从不同的方面影响着喷墨印刷质量。其中某一个因素的不足，就有可能影响整个喷墨印刷质量。因此，要得到高质量的喷墨印刷图像，必须仔细分析影响其质量的各个方面的因素，尽最大可能降低各因素对印刷质量的影响，使喷墨印刷质量接近胶印水平。

作者单位：深圳市裕同包装科技股份有限公司 华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室

责任编辑：李倩 liqian@cprint.cn

作者：郭蕊 钟雨晗

数学纳米涂料发展应用论文 篇3：

色彩物理指纹与色彩脑机意识交互纠缠

中文关键词：色子、色立体、色指纹、色意识、色脑交互

关键字：环境设计：色彩运用

摘要：通过论述色彩的物理属性，色彩的艺术特质，结合当今科技的发展，色彩领域最新科技成果，探讨了色彩物理光波指纹与大脑意识生理电指纹交互纠缠的现象，颠覆了原有的色彩学观念，为深入研究和发展色彩学展现了新的视野。在现代信息技术、互联网发展日新月异的今天，将色彩理性科学与感性美学融合应用，必将有无限美好的未来。

色彩到底是什么？人们看到的色彩，对色彩的认识，发展到今天，仍然有许多的未知。关于色彩学，历来是两股道上跑的车。以牛顿为首的光学物理学家，以歌德、达芬奇为首的艺术家，对于色彩学的理解和认识，各抒己见，莫衷一是。

随着科技的进步，研究手段的多样化，当代科技已经颠覆了人类的世界观！色彩学的研究和发展已经不可能在单一范畴内孤立地进行，必须将色彩物理科技与色彩意识美学融合，即光学物理学意义上的色彩学，与艺术家美学中的色彩学之间，要互相借鉴，相互依存，嫁接融合，共同促进，殊途同归，促进本学科的建设、应用和发展。

一、色彩数字化是色彩科技现代化的基础

由于我国对色彩的认知非常狭隘，所以没有专门设立“色彩学”。长期以来，在我国的色彩教学中，从中小学到高中，甚至进入艺术院校，色彩教学基本上都是由画家和艺术家承担，传授的基本上是他们对色彩的认知能力。教材内容主要阐明色彩的色相、明度，艳度，三属性构成的基本概念和原理，并按照这些逻辑训练色彩搭配关系，都是色彩感性总结出的色彩美学理论。

色彩学与物理学、力学、化学、医学、文学、美学等等学科一样，其发展都不可能在单一范畴内孤立研究，与其它学科相互依存，互相借鉴，嫁接融合，共同促进，殊途同归。

随着近代物理光学、量子力学、脑思维意识科学的发展，特别是数码技术的产生和发展，彩色图像显示产品应运而生。彩色电视机的迅速普及，LED显示屏幕的广泛应用，人们可以在薄如纸的柔软透明材质屏幕上，迅速显示、触摸、操作和修改精致的图像，消除了人类繁重操作技术的劳累。彩色数码摄影的发明，省略了高昂胶片成本的费用，让人们几乎不需成本享受摄影的快乐！色彩图像显示技术，经过人们不断的探索、发展，促使图文再显技术突飞猛进发展，将色彩艺术和造型功能的精神享受、物质享受的图稿设计，成为容易达到的目标，使设计者能在电子显示屏上随心所欲创作，创造出达到自己意图的作品。

现代科学对物质的研究发现，在进入分子、原子、量子等微观级别后，意外非常巨大，出现了超导体、纳米级、石墨烯等革命性的材料，出现了从分子水平治愈癌症的奇迹。而最神奇的是“量子纠缠”。这让人类原有认知的色彩理论，产生了坍塌。色彩光波指纹与人脑意识产生的电生理波指纹交互纠缠。色彩与视觉相隔很远的二个量子之间，并没有任何常规联系，一个色光波出现状态变化，另一个视觉体大脑几乎在相同的时间出现相应的生理状态变化。现代量子论逻辑证明这也符合量子纠缠规律。

在现代量子科学时代，色彩中“色点”的概念非常重要。色点应该称它为“色子”。这一概念来源于法国化学家谢弗勒（Michel-Eugene Cheveul）1839年出版的图解书《色彩同时对比法则》。美国学者鲁德（OgdenRood）1879年出版的《现代色彩学》，也提出了“色点”的概念。这为色彩数字化，色彩数码技术奠定了理论基础。“每种物质发生质的变化时，必然释放能量，并发出该物质色光谱的‘DNA’指纹”，这为其他科学研究发展，促进人类探索宇宙最新奥秘开辟了新途径。同时，这些特有的“DNA”电光波指纹，可以非直接接触，使远距离物质精确测定，使地球上的人类，能够远距离鉴别、认定物质，甚至包括巨热的太阳，及其它星球上物质性质方法的原理。色彩的奥秘实在是很深很深。

随着现代色彩科学的推进，逐渐认知色彩是不同频谱的光波，是视觉神经的刺激物。色名可以用频谱曲线和数字量化或条形码来精确表述。

2016年9月15日我国成功发射了天宫二号空间实验室。天宫2号实施量子通讯，进行神秘的量子密钥分发试验，证明这种比光更小的颗粒，是不能再分割的光量子。光量子的形成，这种特性证明了色彩是非常非常小的“点”的事实。

数码成像像机和LED显示屏，生产的彩色电视都是由非常非常小的点（像素）构成的画面，都是应用空间视觉混合原理。像素越高、越密，画面图像越清晰。这是色彩物理学与脑视觉生理学融合发展的结果，是色彩认知和空间混合原理的升华。

色彩数字化的精确应用，使色彩学与现代互联网的相互融合成为可能，这也是现代设计的关键内涵。色彩远程交流认定，实现了虚拟网络交易，是产品质量色彩精确质量检测，产品认定保证的基础。

物理学家研究指出，色彩实质是各种不同形态的光谱，每种色彩光频谱产生异样特定的光谱指纹，如同超市每种商品的条形码，每种物体质变时必定会发生温度变化，甚至燃烧，都会产生该物质DNA特有的光波频谱指纹，可以远程监测认定。

国际光学学会1931年发布XYZ值平面马蹄形图色域，这是光学物理学家根据光谱曲线的色彩数字化原理而研究的，成为精确测量认定色彩的一种方式，这是一种只有数值没有对比实用性抽象色彩方式。但是，人们在应用色彩时，需要非常具象而直观标准的色样。因此艺术家和颜料化学家又发明创造了另一种色彩数字化方式。他们根据几何学原理，把色彩设想成为客观上根本不存在的各种形状的色立体。在三维的色立体中，像地理坐标位置原理一样，将色彩的三属性：色相、明度、艳度的数据，三维定位，找出每个颜色点精确位置的数据。根据色位数据制定标准色卡，这是即有数据检测鉴定依据，又有可直观对比测量的色标。这是科学的即能精确测量又有具象精确复制的双向执行的方式。后来参考色彩专家设想的色立体色彩体系。CIE在1978年改进原马蹄形色域图为LAB混色系统的色彩空间立体模型图，成为LAB值的数字化的色立体体系新的表色方法。CIELAB色体系解决了既有数据有具体色彩相貌的问题。CIE LAB色空间是基于一种颜色，不能同时既是绿又是红，也不能同时既是蓝又是黄，这个逻辑而建立的，是一个立体的、由亮度L、以及A、B两个色彩范围构成。所以数值可以描述红/绿及黄/蓝色特征。当一种颜色用CIE LAB值時，其中L表示明度值，A表示红/绿值，B表示黄/蓝值。

色彩数字化，是色彩脑机交互的关键点。世界色彩体系的研究发展，各具特色。如果用物理模型来解释的话，根本就没有“色彩”这样一个实体。色彩光谱指纹，是色彩远程鉴定原理的依据，色彩视觉刺激度形成色彩语义等等，都是光学、数学、化学、物理学与艺术美学及心理学结合创造发展的结果，这些学科的融合，不断推进色彩学的发展。

二、色彩特性对人脑生理和影视脑机的交互纠缠

颜色给予人的视觉是不稳定，非常复杂，变换莫测的。照射光色相属性的性质，光照度的强弱，光照的角度，受体表面肌理的异样，都会使色彩发生变化。色彩有“同色异谱”变化的规律：色彩受周边色彩异样对比而发生视觉改变：色彩受眼睛与被看物体距离远近而变化。掌握色彩逻辑不是单一美学知识范畴能解决的，必须依靠光学，物理化学，视觉生理学，心理学，文化地域学等协同研究。色彩学与现代脑意识电生理指纹波，与物理质变色变的光波指纹交互纠缠，符合最新量子论科技成果，并且对色彩学、色彩生理、色彩心理科学发展起着促进决定性的作用，是色彩心理，色彩语义学的物理基础，防止色彩“玄学”泛滥。

现代科学发展对色彩的认知起着很大的影响。色彩是一种光照频谱波，色彩载体材表面异样肌理反射不同的光波，眼睛视觉传达大脑生理的色感。因此色彩是由光、物、眼构成，是光（视觉光）、物（色彩载体）、眼（色波接受器），三方面复合的学科。光物眼三要素构成人脑色觉体的统一体。

视觉光：是色彩的命：色载体：是色彩的魂：眼视觉眼是色彩感觉接收器。

视色觉内的光谱就是308纳米到780纳米之间，它们之外，也有光谱，如紫外线、红外线，甚至有更多的物质，人眼对这些都没有色觉功能。

光、物、眼三项中缺少其中任何一项，都不能构成视觉。宇宙没有黑洞，之所以感觉是黑色，现在科学家证实，那只是人的视觉感受不到，无色感而已。还有其他目前为止，我们都无法看到的物质，称为暗物质。人对色彩视觉有三种途径：直射、透射和反射。

1.直射：原始社会人们用的火把，发出的亮光就是直射光波。后来发明了电灯，黑白电视，近年又制造出彩电、电脑及LED照明和LED显示屏，显示的清晰度非常，这些都是光波直射技术。LED投影显示技术创造了无限巨大的图像，几届奥运开幕式都创造了不可想象的空间巨大彩色画面，使人们得到色彩视觉的精神享受！

2.透射：在应用投光过程中，可以在透明材质中加入各种物质，阻挡不需要的光谱通过，过滤掉不需要的或对人有害的彩色光谱，控制不同的色光通过透明体加以应用。天津理工大学与邯郸玻璃厂研制生产各种滤色玻璃，有效控制透射的色相。因为植物都是有机体，成长时喜欢红光波，它们受红光波照射生长极快。用滤色玻璃盖起的植物棚，只许红光谱通过，只让红色光谱照射植物，植物生长速度极快，经济效益惊人！滤色玻璃镜片能防止紫外线伤害眼睛，有保护眼睛的功能，这也是应用透色材料中添加物质的原理。

3.反射：是指不同性质的载体，产生不同性质的反射光谱。地球上唯一的自然光源是太阳，太阳光到达地球表面时有一个很广泛的光谱，其宽度在290纳米到1100纳米之间，人类的肉眼只能看到其中的一部分，我们把它称为可见光，按照从长到短的顺序依次为赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫。

除固有色外，影响这个固有色的色彩视觉的另一种因素，与色彩载体表面的材质性质相关。如：同一色的黑，其中黑玻璃、黑粗痂、黑丝绒、黑陶、黑瓷，给人的视觉是完全不一样。表面肌理由于纹路、肌理、凸凹、起伏、粗糙、细腻纹理的程度，产生异样的反射光谱，给人不一样的色彩视觉效果。

现代隐形变色技术，就是通过表面涂料或包装材质，改变反射光波频谱，或改变反射方向，将反射光波改成为散射或折射。如同在青岛海边观望，有时可能看到远方景色的海市蜃楼，而看不到眼前真实物体颜色。利用色彩改变反射的方向，将直射改变为折射或散射，达到隐形的目的。这在现代军事有极高的应用价值，值得深入研究和开发。

三、人的色彩视觉

感觉色彩的不是眼睛，而是大脑。眼睛和感光设备是光谱视觉接受器，色彩是通过视觉导入大脑感受到的。眼睛视网膜上分布着两种视觉感光细胞，生理医学家称为锥体细胞和杆体细胞，每人约有600-700万个呈圆锥状的红、绿、蓝三种色感锥体细胞群，有12000-13000万个呈圆柱状的黑白杆体感应细胞。锥体细胞对色彩敏感，锥体细胞分布在视网膜凹形中央光心附近，需要达到一定的光强，才能发挥作用，捕捉到色彩的信息作用。光线亮度需要在0.01 cd/m2以上的照度，才能捕捉到色彩的信息。太微弱的光照，色感细胞不能工作，扑捉不到彩色光波信息，只能看到黑白的影像。照度太强，眼睛只有感受到一片刺眼的白色，甚至会伤害视神经。杆体细胞的敏感度是锥体细胞的一千倍，杆体细胞在视网膜上仅对黑白敏感只捕捉黑白影形信息。

视觉感应时间，15毫秒人眼才能看到物体，而图像清晰需要150毫秒。眼睛瞳孔具有自动调节大小控制光波进入量，能使眼底色感细胞舒适地接受光波。

人眼睛的视觉有“明适应”和“色适应”特殊功能。

1.明适应一由暗到亮的环境时，1 Min人眼就適应了。

2.暗适应一由亮到暗的环境，眼看不清周围的物体，15 min后，人眼重新适应了新的亮度水平，40 min视觉才能达到完全适应。

3.色适应-颜色恒常性的外界条件发生了一定范围的变化后，人们对物体的颜色感觉仍保持相对不变的特性。大脑通过视神经感受色彩，并受照度强弱和时间长短的限制，这一理论是艺术设计师必须掌握的。照度太弱，看不到色彩：照度太强和闪动太快，通过眼睛接受的极强的光谱，刺激大脑，迫使观众产生眩晕，视觉功能遭受伤害。现代很多电视节目使用大量LED显示屏当背景，不符合色彩生理规律的过度闪动造成严重的色视觉污染。色彩与视觉生理医学紧密相连，我们需要进一步掌握色彩视觉生理科学规律，掌握眼睛视觉理论。美国威斯康辛医学院的杰伊奈兹（Prof.iay Neitz）VisionScientist-Medical college of Wisconsin.USA。是一名视觉学家，他从单细胞怎样感到视觉的研究证实，视觉实质是光合作用。

人类感知色彩的能力非常强，公认的人的视觉能感知分辨的色彩有1000多万种。色彩光波刺激对视感细胞进行光合作用，再通过多巴胺液体与神经传导到大脑，产生色觉。

人有白和黑、红和绿、黄和蓝三对色彩感受即：

1.白-黑 是对立的 白减少黑增加或相反

2.红-绿 是互补的 红减少绿增加或相反

3.黄-蓝 是互补的 黄减少蓝增加或相反

根据视觉专家T.Young研究，视网膜上有三种独立的感色细胞。这与CIE国际光学学会LAB色彩空间理论的三色学说不谋而合，即各自选择性地吸收光谱中红色、绿色、蓝色的色光，同时每个感光物质又可单独地产生黑和白的反应，即在强光作用下产生白的反应，在无色感刺激时产生黑的反应。视网膜上有三种视感细胞，由于它们受不同光波的刺激，分别产生六种不同生理传导信号，通过多巴胺转入大脑产生色觉。所以感受色彩是大脑而不是眼睛，眼睛只是色光接受器。

由此总结出色彩空间混合规律。人们非常熟悉的色彩混合有：加法、减法和第三种空间混合法。空间混合法一直在颜料绘画上得到应用，运用这种客观色彩效果的技法。油画绘画过程中，画笔不用将颜料调得很均匀，一笔上去有蓝色有黄色，观者则会看到绿色，实际是黄色、蓝色通过视神经管道混合产生绿色感觉，这就是视觉空间混合。

“量子纠缠理论”等最前卫的理论成果，证实大脑的“思维意识”产生生理波指纹，和电脑连接，可以对任何机械发出指令，按照人的思维意志进行直接操作，达到人们想要的目的。

色彩的光谱物理特性，都与“量子纠缠理论”这些探索宇宙规律的最新成果密切相关。人类的“意识”与“物质”的“脑机交互”，这些当代科技最前沿理论颠覆了我们原有色彩世界观，当然也有望运用到色彩领域，为色彩学科研、发展指明了新的方向。值得色彩专业工作者密切关注，认真学习，深入研究。只有将色彩科技与色彩美学的融合在一起，研究、教学、普及和应用，才能够真正创造色彩科学的未来。

作者：缪维