編者按：隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，電子媒體正在不斷地侵蝕著(zhù)傳統紙質(zhì)媒體的市場(chǎng)，報刊、雜志、書(shū)籍等行業(yè)的發(fā)展也日益艱難。但即便如此，紙張仍然是我們生活中不可或缺的一部分。最近，科學(xué)家們研發(fā)出了一種新的涂層使紙張重復書(shū)寫(xiě)成為了可能。
公元前約一百年，中國發(fā)明了紙。此后，紙作為傳播信息的材料為文明的發(fā)展和傳播做出了巨大貢獻。在當今的信息時(shí)代，即便電子媒體無(wú)處不在地出現在家里、辦公室里以及甚至我們的兜里，紙仍然發(fā)揮著(zhù)重要的作用。
我們的大腦在紙和在屏幕上處理信息的方式是不同的。在紙上展現的信息涉及到更多的情緒性加工，閱讀紙質(zhì)文字人們能夠產(chǎn)生出更多的與內心感受相連的大腦反應。這使印刷材料比數字媒體更有效且令人難忘。當然，紙仍然在被普遍使用，并且其全球消費量預計還將增長(cháng)。
但是紙的使用會(huì )帶來(lái)重大的環(huán)境和可持續性問(wèn)題。多年來(lái)，科學(xué)家們致力于開(kāi)發(fā)擁有傳統紙張的格式的閱讀媒體，這種新型紙張可以被重復打印，不需要先去進(jìn)行工業(yè)回收。有一個(gè)方法似乎很有前景，就是將一種遇光會(huì )變色的化學(xué)物質(zhì)薄薄地涂在紙上。但是這個(gè)努力遇到了一些問(wèn)題，如高成本和高毒性——更不用說(shuō)保持可閱讀性以及被抹去后重新使用的難度了。
我在加州大學(xué)河濱分校的研究小組與中國山東大學(xué)的Wenshou Wang進(jìn)行了合作，最近開(kāi)發(fā)出了一種用于常規紙張的新的涂層，它不需要墨水并且能夠在光下打印，擦拭和重復使用超過(guò)八十次。這個(gè)涂層結合了兩種類(lèi)型的納米粒子，其中一種粒子比一張紙還要薄十萬(wàn)倍；另一種粒子能夠從光中獲取能量然后啟動(dòng)另一種顏色變化。這代表著(zhù)可重復打印的紙張的開(kāi)發(fā)邁出了重要的一步。
世界上所有被砍伐的樹(shù)木的大約百分之三十五被用來(lái)制造紙張和紙板。全球范圍來(lái)看，紙漿和造紙行業(yè)是第五大能源消耗產(chǎn)業(yè)，這些行業(yè)每生產(chǎn)一噸產(chǎn)品所使用的水要比其他任何行業(yè)都多。
提取紙漿消耗了大量的能源，并且會(huì )用到危險的化學(xué)物質(zhì)，如二惡英（Dioxin）。紙的生產(chǎn)會(huì )導致養分磷的排放。而這反過(guò)來(lái)會(huì )促進(jìn)植物的生長(cháng)，從而消耗光水中所有的氧氣，最后導致水中的動(dòng)物死亡。
即使在紙制作完成后，它的使用也會(huì )對環(huán)境造成損害。將紙從制造它的地方運輸到使用它的地方是會(huì )產(chǎn)生空氣污染的。并且制造和使用墨水及墨粉同樣會(huì )破壞環(huán)境，它會(huì )污染水資源、污染土壤并且破壞生物的自然棲息地。
我們的方法使用了無(wú)毒成分并且讓反復使用紙變得可能，從而減少了對環(huán)境的影響。
在開(kāi)發(fā)紙的涂層的過(guò)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。
我們的方法結合了納米顆?！笮≡谝坏揭话偌{米之間的粒子——兩種材料可以實(shí)現從無(wú)色到有色的變換，并且還能再變回來(lái)。第一個(gè)材料是普魯士藍，一種被廣泛使用的藍色色素，因常被用于建筑藍圖或油墨上而被人熟知。普魯士藍納米顆粒通常顯藍色，但是當提供額外的電子時(shí)它可以變成無(wú)色。
第二個(gè)材料是二氧化鈦納米顆粒。當暴露于紫外線(xiàn)下時(shí)，它們會(huì )釋放普魯士藍轉為無(wú)色時(shí)所需要的電子。
我們的技術(shù)將這兩種納米顆粒結合在了傳統紙張上的一層固態(tài)涂層中。（它也可以應用于其他固體，包括塑料板材和載玻片。）當紫外線(xiàn)照射到涂有涂層的紙上，二氧化鈦就會(huì )產(chǎn)生電子。普魯士藍粒子收集這些電子，然后將顏色從藍色變?yōu)闊o(wú)色。
印刷可以通過(guò)一個(gè)遮罩完成，它是一個(gè)印有黑色字母和圖案的無(wú)色的塑料薄膜。紙張一開(kāi)始完全是藍色的。當紫外線(xiàn)經(jīng)過(guò)遮罩上的空白區域時(shí)，它會(huì )改變紙上相應的區域使其變?yōu)榘咨?，將遮罩上的信息復制到紙上。印刷過(guò)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，這比我們肉眼能看到的要小十倍。紙會(huì )保持可讀性超過(guò)五天。之后其可讀性會(huì )慢慢降低，因為空氣中的氧氣會(huì )帶走普魯士藍納米顆粒上的電子，然后將它們變回藍色。印刷還可以通過(guò)激光完成，掃描整張紙的表面然后將應該變白的地方暴露在外，這和現在的激光打印機的工作原理相似。
擦除一個(gè)頁(yè)面是很容易的：將紙和薄膜加熱到大約一百二十攝氏度（二百五十華氏度），加速氧化反應，大約十分鐘內就可以完全消除印刷的內容。這個(gè)溫度要遠低于紙的燃點(diǎn)，所以不會(huì )有火災的危險。它比當今的激光打印機所涉及到的溫度還要低，激光打印機需要達到大約二百攝氏度（三百九十二華氏度）來(lái)讓碳粉快速熔化到紙上。
使用普魯士藍作為此過(guò)程的一部分提供了很多優(yōu)勢。首先，它有高度的化學(xué)穩定性。以前可重寫(xiě)的紙張通常使用有機分子作為主要變色材料，但是它們在印刷過(guò)程中遇光會(huì )容易分解。結果是，它們并不能被循環(huán)印刷和擦除很多次。
相比之下，普魯士藍粒子在長(cháng)時(shí)間暴露于紫外線(xiàn)下的情況下，仍能保持完好無(wú)損。在我們的實(shí)驗室中，我們已經(jīng)可以在一張紙上寫(xiě)和擦除超過(guò)八十次，并且沒(méi)有看到任何顏色的亮度或者轉換的速度有明顯的變化。
此外，普魯士藍易于修改，能產(chǎn)出不同的顏色，所以藍色不是唯一的選擇。我們可以改變色素的化學(xué)結構，將一些鐵替換成銅來(lái)制造綠色顏料，或將整個(gè)鐵都替換成鈷來(lái)產(chǎn)生棕色顏料?，F在，我們每次只能使用一種顏色。
當我們進(jìn)一步開(kāi)發(fā)這個(gè)技術(shù)的時(shí)候，我們希望可重復寫(xiě)的紙張可以用于顯示信息，特別是作為報紙、雜志和海報等時(shí)效性較短的閱讀工具的材料。此外，這一技術(shù)的用途還可以擴展到制造業(yè)、醫療保健業(yè)，甚至可以被用于制作可重復寫(xiě)的標簽。
完全不使用普通紙張并不現實(shí)，但我們希望幫助人們大大地減少紙的用量。
翻譯來(lái)自：蟲(chóng)洞翻翻 譯者ID：蓋里君 編輯：郝鵬程
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