Од свог проналаска око 100. године пре Криста, папир као материјал за ширење информација је у великој мери допринео развоју и ширењу цивилизације. Чак и у данашњем информационом добу, с електронским медијима који су свеприсутни у кућама, уредима, па чак и у нашим џеповима, папир и даље игра критичну улогу.
Наши мозгови различито обрађују информације на папиру и на екрану. Информације представљене на папиру укључују више емоционалне обраде и производе више реакција мозга повезаних са унутрашњим осећањима. То може учинити да штампани материјал буде ефикаснији и незаборавнији од дигиталних медија. Наравно, папир је и даље у уобичајеној употреби, а очекује се да ће глобална потрошња расти.
Али употреба папира има значајне проблеме околине и одрживости. Научници су дуги низ година радили на развоју медија за читање који имају формат конвенционалног папира, али могу да се поново штампају, а да претходно није потребно индустријски рециклирати. Једна обећавајућа опција била је премазивање папира танким филмом хемикалија који мењају боју када су изложени светлости. Али претходни напори су се сусрели са проблемима као што су висока цена и велика токсичност - а да не спомињемо потешкоће које су и даље читљиве и избрисане ради поновне употребе.
Моја истраживачка група на Калифорнијском универзитету у Риверсидеу, у сарадњи са Венсхоу Ванг на Универзитету Схандонг у Кини, недавно је развила нови премаз за обичан папир који не захтева мастило и на њему се може штампати светлошћу, избрисати и поново користити више од 80 пута. Превлака комбинује функције две врсте наночестица, честица 100 000 пута тањих од комада папира; једна честица је у стању да добије енергију из светлости и иницира промену боје друге. Ово представља важан корак ка развоју папира који се може штампати.
Ефекти папира на животну средину
Око 35 одсто свих убраних стабала на свету користи се за прављење папира и картона. Индустрија целулозе и папира је пети највећи потрошач енергије и користи више воде за производњу тона производа од било које друге индустрије.
Екстракција целулозе троши велике количине енергије и може укључивати опасне хемикалије попут диоксина. Производња папира резултира емисијом хранљивог фосфора. То, са своје стране, појачава раст биљака, који може да искористи сав кисеоник у води и убије живот било које животиње.
Чак и након што се направи папир, његова употреба оштећује околину. Превожење папира од места где се прави до места где се користи ствара загађење ваздуха. Израда и употреба мастила и тонера такође штете животној средини загађујући воду, тровајући тло и уништавајући природна станишта дивљих животиња.
Наша метода користи нетоксичне састојке и омогућава поновну употребу папира, чиме се смањују утицаји на животну средину.
Пребацивање боја
При развоју превлаке за папир важно је пронаћи онај који је транспарентан али који може променити боју у нешто видљиво и назад. На тај начин, било који текст или слике могу се учинити читљивим као на уобичајеном папиру, али и лако се избрисати.
Наша метода комбинује наночестице - честице величине између 1 и 100 нанометара - два различита материјала који се могу мењати из јасних у видљиве и поново. Први материјал је пруско плава боја, широко коришћени плави пигмент који је најпознатији као плава боја у архитектонским нацртима или мастила. Пруске плаве наночестице обично изгледају плаво, али могу постати безбојне када су снабдевене додатним електронима.
Други материјал су наночестице титан-диоксида. Изложени ултраљубичастој светлости ослобађају електроне пруске плаве боје да постану безбојне.
Наша техника комбинује ова два наночестица у чврсти премаз на конвенционалном папиру. (Може се применити и на друге чврсте материје, укључујући пластичне листове и стаклене слајдове.) Када сјајимо ултраљубичасто светло на папиру превученом слојем, титанијум-диоксид ствара електроне. Пруске плаве честице покупе те електроне и промијене боју из плаве у бистру.
Штампање се може обавити помоћу маске, која је прозирни пластични лист одштампан са словима и црним узорцима. Папир почиње у потпуно плавој боји. Када УВ светлост прође кроз празна подручја на маски, она одговарајућа подручја на папиру испод њих прелази у бијело, понављајући информације из маске у папир. Штампање је брзо, потребно је само неколико секунди.
Резолуција је врло велика: Може да произведе узорке ситне попут 10 микрометра, 10 пута мање од онога што наше очи могу видети. Рад ће бити читљив дуже од пет дана. Његова читљивост ће се полако разграђивати, јер кисеоник у ваздуху узима електроне из пруских плавих наночестица и враћа их назад у плаве. Штампање се такође може извршити ласерским снопом, који скенира преко површине папира и открива подручја која би требало бити бела, на начин сличан ономе како раде данашњи ласерски штампачи.
Брисање странице је једноставно: загревање папира и филма на око 120 степени целзијуса (250 степени целзијуса) убрзава реакцију оксидације, чиме се штампани садржај у потпуности брише у року од око 10 минута. Ова температура је далеко нижа од температуре на којој се папир запали, тако да нема опасности од пожара. Такође је нижа од температуре укључене у тренутне ласерске штампаче, којима треба достићи око 200 степени Целзијуса (392 степена Фаренхеита) да би се тонер одмах стопио на папир.
Побољшана хемијска стабилност
Кориштење пруске плаве боје као дијела овог процеса нуди значајан број предности. Прво, високо је хемијски стабилна. Претходни папири за поновно писање обично су користили органске молекуле као главни материјал за промену боје, али они се лако распадају након излагања УВ светлости током штампања. Као резултат, не дозвољавају много циклуса штампања и брисања.
Супротно томе, пруски плави молекули остају нетакнути чак и након дуготрајног излагања ултраљубичастој светлости. У нашој лабораторији успели смо да напишемо и обришемо један лист више од 80 пута без примећења било којих очигледних промена интензитета боје или брзине пребацивања.
Поред тога, пруско плава боја може се лако модификовати да би се произвеле различите боје, тако да плава није једина опција. Можемо променити хемијску структуру пигмента, замењујући део његовог гвожђа бакром да би направио зелени пигмент или у потпуности заменио гвожђе кобалтом да постане браон. Тренутно можемо да штампамо само у једној боји.
Како даље развијамо ову технологију, надамо се да ћемо омогућити поновно писање папира доступним за многе намене приказивања информација, посебно привремене као што су новине, часописи и плакати. Остала употреба односи се на производњу, здравство па чак и на једноставно организовање, попут израде етикета које се могу поново написати.
Вјеројатно се није могуће надати друштву без папира, али радимо на томе да помогнемо људима да користе далеко мање папира него што чине - и да их лакше поново искористимо када буду спремни.
Овај чланак је првобитно објављен у часопису Тхе Цонверсатион.
Иадонг Иин, професор хемије, Универзитет у Калифорнији, Риверсиде.
