Согласно некоторым исследованиям, сегодня 90 процентов всей информации на предприятиях хранится на бумаге, хотя большая часть этой печатной бумаги выбрасывается после однократного использования.Такие отходы бумаги (и чернильных картриджей) — не говоря уже о сопутствующих экологических проблемах, таких как вырубка лесов и химическое загрязнение воздуха, воды и земли — можно было бы сократить, если бы бумагу можно было «перезаписывать», то есть на ней можно было писать. включен и стирается несколько раз.Химики из Калифорнийского университета в Риверсайде изготовили в лаборатории именно такую новую перезаписываемую бумагу, основанную на свойстве переключения цвета коммерческих химикатов, называемых окислительно-восстановительными красителями. Краситель образует визуализирующий слой бумаги.
Печать достигается за счет использования ультрафиолетового света для фотообесцвечивания красителя, за исключением тех частей, которые составляют текст на бумаге. На новой перезаписываемой бумаге можно стирать и писать более 20 раз без существенной потери контрастности или разрешения.«Эта перезаписываемая бумага не требует дополнительных чернил для печати, что делает ее экономически и экологически жизнеспособной», — сказал Ядун Инь, профессор химии, лаборатория которого руководила исследованием. «Он представляет собой привлекательную альтернативу обычной бумаге для удовлетворения растущих глобальных потребностей в устойчивости и охране окружающей среды».Результаты исследования опубликованы сегодня (2 декабря) в журнале Nature Communications.
Перезаписываемая бумага — это, по сути, перезаписываемый носитель в виде стеклянной или пластиковой пленки, на которой можно многократно печатать буквы и узоры, сохранять их в течение нескольких дней, а затем стирать простым нагреванием.Бумага бывает трех основных цветов: синего, красного и зеленого, производимых с использованием коммерческих окислительно-восстановительных красителей метиленового синего, нейтрального красного и кислотно-зеленого соответственно.
В состав красителя входят нанокристаллы диоксида титана (они служат катализаторами) и загуститель — водородцеллюлоза (HEC). Комбинация красителя, катализаторов и ГЭЦ придает пленке высокую обратимость и повторяемость.
Во время фазы записи ультрафиолетовый свет переводит краситель в бесцветное состояние. Во время фазы стирания повторное окисление восстановленного красителя восстанавливает исходный цвет; то есть визуализирующий материал восстанавливает свой первоначальный цвет за счет реакции с кислородом окружающей среды. Нагревание до 115 C может ускорить реакцию, так что процесс стирания часто завершается менее чем за 10 минут.
«Напечатанные буквы остаются читаемыми с высоким разрешением при окружающих условиях более трех дней — этого достаточно для практических целей, таких как чтение газет», — сказал Инь. «Более того, наша перезаписываемая бумага проста в изготовлении, имеет низкую стоимость производства, низкую токсичность и низкое потребление энергии».Его лаборатория в настоящее время работает над бумажной версией перезаписываемой бумаги.«Даже для такой бумаги нагревание до 115 C не представляет проблемы», — сказал Инь. «В обычных лазерных принтерах бумага уже нагревается до 200 ° C, чтобы частицы тонера приклеились к поверхности бумаги».Его лаборатория также работает над увеличением числа циклов (количество раз, когда перезаписываемая бумага может быть напечатана и стерта) до 100, чтобы снизить общие затраты.
Его исследовательская группа изучает способы повысить удобочитаемость печатных текстов или изображений более чем на три дня, чтобы расширить их потенциальное использование.«Один из способов — разработать новые наночастицы фотокатализатора, которые становятся высоко восстановительными при облучении ультрафиолетовым светом», — сказал Инь. «Мы также изучаем возможность многоцветной печати. Принцип дизайна может быть распространен на различные коммерческие окислительно-восстановительные красители для производства перезаписываемой бумаги, способной отображать отпечатки разных цветов. Все эти усилия помогут расширить практическое применение технологии . "В исследовании к нему присоединились Веншоу Ван из Калифорнийского университета в Риверсайде (первый автор исследования), Нин Се и Ле Хэ. Ван и Инь придумали и спланировали эксперименты.
Ван проводил эксперименты. Се и Хэ внесли свой вклад в анализ проб. Ван и Инь проанализировали результаты.Исследование финансировалось за счет гранта, предоставленного Инь Министерством энергетики США.
Эта технология была раскрыта, и ей был присвоен номер дела UC 2015-250. Был подан предварительный патент, и Управление коммерциализации технологий UCR активно ищет компанию для лицензирования технологии.
Лаборатория Инь недавно синтезировала катализатор в виде коллоидных наночастиц диоксида титана, легированный ионами бария, который обеспечивает обратимое, чувствительное к свету переключение цвета с отличными характеристиками цикличности и значительно высокой скоростью переключения.«Улучшенные характеристики объясняются более эффективным удалением фотогенерируемых окислительных дырок, которое возникает в результате легирования барием.
Это оставляет больше электронов для ускорения восстановления окислительно-восстановительных красителей», — сказал Инь.Об этом недавно было сообщено в Angewandte Chemie.