變換顏色

  在開發(fā)紙的涂層的過程中，重要的是找到一個(gè)透明但是可以變換顏色、并且能再變回去的涂層。這樣，任何文本和圖像都會(huì)像出現(xiàn)在普通的紙上一樣讓我們進(jìn)行閱讀，并且還很容易抹去。

  我們的方法結(jié)合了納米顆粒——大小在一到一百納米之間的粒子——兩種材料可以實(shí)現(xiàn)從無色到有色的變換，并且還能再變回來。第一個(gè)材料是普魯士藍(lán)，一種被廣泛使用的藍(lán)色色素，因常被用于建筑藍(lán)圖或油墨上而被人熟知。普魯士藍(lán)納米顆粒通常顯藍(lán)色，但是當(dāng)提供額外的電子時(shí)它可以變成無色。

  第二個(gè)材料是二氧化鈦納米顆粒。當(dāng)暴露于紫外線下時(shí)，它們會(huì)釋放普魯士藍(lán)轉(zhuǎn)為無色時(shí)所需要的電子。

  我們的技術(shù)將這兩種納米顆粒結(jié)合在了傳統(tǒng)紙張上的一層固態(tài)涂層中。（它也可以應(yīng)用于其他固體，包括塑料板材和載玻片。）當(dāng)紫外線照射到涂有涂層的紙上，二氧化鈦就會(huì)產(chǎn)生電子。普魯士藍(lán)粒子收集這些電子，然后將顏色從藍(lán)色變?yōu)闊o色。

  印刷可以通過一個(gè)遮罩完成，它是一個(gè)印有黑色字母和圖案的無色的塑料薄膜。紙張一開始完全是藍(lán)色的。當(dāng)紫外線經(jīng)過遮罩上的空白區(qū)域時(shí)，它會(huì)改變紙上相應(yīng)的區(qū)域使其變?yōu)榘咨�，將遮罩上的信息�?fù)制到紙上。印刷過程很快，僅需幾秒鐘就能完成。

  分辨率是極高的：它可以產(chǎn)生小至十微米的圖案，這比我們?nèi)庋勰芸吹降囊�小十倍。紙�?huì)保持可讀性超過五天。之后其可讀性會(huì)慢慢降低，因?yàn)榭諝庵械难鯕鈺?huì)帶走普魯士藍(lán)納米顆粒上的電子，然后將它們變回藍(lán)色。印刷還可以通過激光完成，掃描整張紙的表面然后將應(yīng)該變白的地方暴露在外，這和現(xiàn)在的激光打印機(jī)的工作原理相似。

  擦除一個(gè)頁面是很容易的：將紙和薄膜加熱到大約一百二十?dāng)z氏度（二百五十華氏度），加速氧化反應(yīng)，大約十分鐘內(nèi)就可以完全消除印刷的內(nèi)容。這個(gè)溫度要遠(yuǎn)低于紙的燃點(diǎn)，所以不會(huì)有火災(zāi)的危險(xiǎn)。它比當(dāng)今的激光打印機(jī)所涉及到的溫度還要低，激光打印機(jī)需要達(dá)到大約二百攝氏度（三百九十二華氏度）來讓碳粉快速熔化到紙上。

  改良的化學(xué)穩(wěn)定性

  使用普魯士藍(lán)作為此過程的一部分提供了很多優(yōu)勢(shì)。首先，它有高度的化學(xué)穩(wěn)定性。以前可重寫的紙張通常使用有機(jī)分子作為主要變色材料，但是它們?cè)谟∷⑦^程中遇光會(huì)容易分解。結(jié)果是，它們并不能被循環(huán)印刷和擦除很多次。

  相比之下，普魯士藍(lán)粒子在長時(shí)間暴露于紫外線下的情況下，仍能保持完好無損。在我們的實(shí)驗(yàn)室中，我們已經(jīng)可以在一張紙上寫和擦除超過八十次，并且沒有看到任何顏色的亮度或者轉(zhuǎn)換的速度有明顯的變化。

  此外，普魯士藍(lán)易于修改，能產(chǎn)出不同的顏色，所以藍(lán)色不是唯一的選擇。我們可以改變色素的化學(xué)結(jié)構(gòu)，將一些鐵替換成銅來制造綠色顏料，或?qū)⒄麄�(gè)鐵都替換成鈷來產(chǎn)生棕色顏料。現(xiàn)在，我們每次只能使用一種顏色。

  當(dāng)我們進(jìn)一步開發(fā)這個(gè)技術(shù)的時(shí)候，我們希望可重復(fù)寫的紙張可以用于顯示信息，特別是作為報(bào)紙、雜志和海報(bào)等時(shí)效性較短的閱讀工具的材料。此外，這一技術(shù)的用途還可以擴(kuò)展到制造業(yè)、醫(yī)療保健業(yè)，甚至可以被用于制作可重復(fù)寫的標(biāo)簽。

  完全不使用普通紙張并不現(xiàn)實(shí)，但我們希望幫助人們大大地減少紙的用量。