Genprintbart papir bliver en realitet

Siden dens opfindelse omkring 100 f.Kr. i Kina, papir som materiale til spredning af information har i høj grad bidraget til civilisationens udvikling og spredning. Selv i nutidens informationsalder, med elektroniske medier allestedsnærværende i hjemmene, kontorer og endda vores lommer, papir spiller stadig en afgørende rolle.

Vores hjerner behandler information forskelligt på papir og på skærmen. Information præsenteret på papir involverer mere følelsesmæssig behandling og producerer flere hjernereaktioner forbundet med indre følelser. Det kan gøre trykt materiale mere effektivt og mere mindeværdigt end digitale medier. Selvfølgelig, papir er stadig i almindelig brug, og det globale forbrug forventes at vokse.

Men papirbrug kommer med betydelige miljø- og bæredygtighedsproblemer. I mange år, forskere har arbejdet på at udvikle læsemedier, der har formatet som konventionelt papir, men som kan genoptrykkes uden først at skulle genbruges industrielt. En lovende mulighed har været at belægge papir med en tynd film af kemikalier, der skifter farve, når de udsættes for lys. Men tidligere bestræbelser har stødt på problemer som høje omkostninger og høj toksicitet - for ikke at nævne problemer med både at forblive læsbare og blive slettet til genbrug.

Min forskergruppe ved University of California, Riverside, i samarbejde med Wenshou Wang ved Shandong University i Kina, har for nylig udviklet en ny belægning til almindeligt papir, der ikke behøver blæk, og kan printes på med lys, slettet og genbrugt mere end 80 gange. Belægningen kombinerer funktionerne af to typer nanopartikler, partikler 100, 000 gange tyndere end et stykke papir; en partikel er i stand til at få energi fra lys og igangsætter farveændring af den anden. Dette repræsenterer et vigtigt skridt hen imod udviklingen af ​​genprintbart papir.

Miljøpåvirkninger af papir

Omkring 35 procent af alle høstede træer i verden bruges til at lave papir og pap. I hele verden, papirmasse- og papirindustrien er den femtestørste forbruger af energi og bruger mere vand til at producere et ton produkt end nogen anden industri.

Udvinding af papirmasse forbruger store mængder energi og kan involvere farlige kemikalier som dioxin. Papirproduktion medfører udledning af næringsstoffet fosfor. At, på tur, øger plantevæksten, som kan opbruge al ilten i vandet og dræbe ethvert dyreliv.

Selv efter at der er lavet papir, dets brug skader miljøet. Transport af papir fra hvor det er fremstillet til hvor det bruges, genererer luftforurening. Og fremstilling og brug af blæk og toner skader også miljøet, ved at forurene vand, forgiftning af jord og ødelæggelse af dyrelivets naturlige levesteder.

Vores metode bruger ugiftige ingredienser og tillader gentagen genbrug af papir, og dermed reducere miljøpåvirkningerne.

Skifter farver

Ved udvikling af en belægning til papir, det er vigtigt at finde en, der er gennemsigtig, men som kan skifte farve til noget synligt – og tilbage. Den vej, enhver tekst eller billeder kan gøres læsbare som på almindeligt papir, men også let slettet.

Vores metode kombinerer nanopartikler – partikler mellem 1 og 100 nanometer store – af to forskellige materialer, der kan skifte fra klare til synlige og tilbage igen. Det første materiale er preussisk blå, et meget brugt blåt pigment, der er mest kendt som den blå farve i arkitektoniske tegninger eller blæk. Preussiske blå nanopartikler ser normalt blå ud, selvfølgelig, men kan blive farveløse, når de tilføres yderligere elektroner.

Det andet materiale er nanopartikler af titaniumdioxid. Når de udsættes for ultraviolet lys, de frigiver de elektroner, som den preussiske blå skal bruge for at blive farveløse.

Vores teknik kombinerer disse to nanopartikler til en solid belægning på konventionelt papir. (Det kan også anvendes på andre faste stoffer, inklusive plastikplader og glasglas.) Når vi skinner ultraviolet lys på det coatede papir, titandioxidet producerer elektroner. De preussiske blå partikler opfanger disse elektroner og skifter farve fra blå til klar.

Udskrivningen kan udføres gennem en maske, som er et klart plastark trykt med bogstaver og mønstre i sort. Papiret starter helt blåt. Når UV-lys passerer gennem de tomme områder på masken, det ændrer de tilsvarende områder på papiret nedenunder til hvide, replikere informationen fra masken til papiret. Udskrivningen er hurtig, tager kun et par sekunder at fuldføre.

Opløsningen er meget høj:Den kan producere mønstre så små som 10 mikrometer, 10 gange mindre end hvad vores øjne kan se. Avisen vil forblive læsbar i mere end fem dage. Dens læsbarhed forringes langsomt, da ilten i luften tager elektroner fra de preussiske blå nanopartikler og vender dem tilbage til blå. Udskrivningen kan også udføres ved hjælp af en laserstråle, som scanner hen over papirets overflade og blotlægger de områder, der skal være hvide, på samme måde som nutidens laserprintere.

Det er nemt at slette en side:Opvarmning af papir og film til omkring 120 grader Celsius (250 grader Fahrenheit) fremskynder oxidationsreaktionen, sletning af det udskrevne indhold fuldstændigt inden for ca. 10 minutter. Denne temperatur er langt lavere end den temperatur, hvor papiret antændes, så der er ingen brandfare. Det er også lavere end temperaturen involveret i nuværende laserprintere, som skal nå omkring 200 grader Celsius (392 grader Fahrenheit) for øjeblikkeligt at smelte toneren fast på papiret.

Forbedret kemisk stabilitet

Brug af preussisk blå som en del af denne proces giver et betydeligt antal fordele. Først, den er meget kemisk stabil. Tidligere omskrivbare papirer brugte normalt organiske molekyler som de vigtigste farveændringsmaterialer, men de nedbrydes let efter at have været udsat for UV-lys under udskrivning. Som resultat, de tillader ikke ret mange cyklusser med udskrivning og sletning.

Derimod Preussiske blå molekyler forbliver i det væsentlige intakte selv efter langvarig eksponering for ultraviolet lys. I vores laboratorium, vi har været i stand til at skrive og slette et enkelt ark mere end 80 gange uden at observere nogen synlige ændringer i farveintensiteten eller omskifterens hastighed.

Ud over, Preussisk blå kan nemt ændres til at producere forskellige farver, så blå er ikke den eneste mulighed. Vi kan ændre pigmentets kemiske struktur, erstatte noget af dets jern med kobber for at lave et grønt pigment, eller helt udskifte jernet med kobolt for at gøre det brunt. På nuværende tidspunkt vi kan kun udskrive i én farve ad gangen.

Efterhånden som vi udvikler denne teknologi yderligere, vi håber at gøre genskrivbart papir tilgængeligt til mange formål med at vise information, især midlertidige anvendelser som aviser, magasiner og plakater. Andre anvendelser omfatter fremstilling, sundhedspleje og endda simpel organisering, såsom at lave genskrivbare etiketter.

Det er nok ikke muligt at håbe på et fuldstændig papirløst samfund, men vi arbejder på at hjælpe folk med at bruge langt mindre papir, end de gør – og nemmere genbruge det, når de er klar.

Denne artikel blev oprindeligt publiceret på The Conversation. Læs den originale artikel.