以光為筆，寧棄墨錠

圖中所示為利用光取代傳統噴墨列印的可循環使用紙張，印著的是著名物理學家理查德-費曼的名言。

圖片來源：王文壽（Wang）等，美國化學學會

傳統的紙張生產過程往往會伴生特定的環境污染問題，而近日一項新的研究課題或許能使情況得以改變。這種新研發的紫外光列印紙張，可在120 °C（250 °F）時祛除印刷內容，並能循環使用80次以上。其中的奧秘就在於運用了納米粒子的變色特性，將這種納米粒子薄層塗抹於普通紙張的表面，便搖身成為可重複使用的光列印環保紙。

近期，這項由山東大學王文壽教授及來自加州大學河濱分校（University of California，Riverside）、勞倫斯伯克利國家實驗室（Lawrence Berkeley National Laboratory）的其他研究者共同研究並撰寫的文章刊登在《納米通訊》（Nano Letters）雜誌上。

來自加州大學河濱分校化學系的Yadong Yin教授告訴記者：「此項工作的重要性在於對新型固態光可逆型變色系統的深入研究，以及成功研製出外表與傳統紙張無二的、可由紫外光替代油墨列印的循環使用的環保紙張。我想該研究對現代社會將生產顯著的經濟環境效益。」

現階段，紙張的生產和處理過程對環境造成了極大的污染。紙張生產是工業污染的主要來源，通過填埋處置的廢棄紙張就佔到了填埋垃圾總量的40%，即使是那些可循環使用的紙張也不可避免地因油墨的祛除過程對環境造成污染。與此同時，林木的亂砍濫發現象也隨之而來，每年僅在美國一地就有約三分之一的全熟林木因紙張或紙板的生產需求遭到砍伐。

為了解決上述問題，研究者把目光放在了一次性紙張的替代品上。解決方案之一在於利用特定化學物品暴露在光線中可發生變色反應的特性。儘管之前有過相關研究，但由於反應的穩定性、可逆條件的局限、居高的成本、毒性以及難以對普通多孔紙張塗抹塗層等限制性因素，該方案仍難以實現。

但是，新研製的紫外光列印紙張在所有技術環節均取得了突破，成功把實驗成果轉化為實際生活應用，它可以取代傳統列印紙張在我們學習生活中的任一領域。

Yin教授說到：「我們認為這種紙張具有極高的實用價值，包括一些暫時性信息的記錄和閱讀領域，比如說報紙、雜誌、海報、記事本、繪畫本、產品使用信息說明、氧感測器等一切可重複印刷的物品，都可以使其發揮作用。」

該紙張的關鍵技術在於新型塗層材料，這一淺薄的塗層是由兩種納米顆粒組成的。其一是較為常見、價格便宜且無毒的普魯士藍（Prussian blue），當獲得電子時該藍色色素便會變為無色；另一種顆粒則是光催化材料二氧化鈦（TiO2），當暴露在紫外光下時可加速化學反應。

首先將普魯士藍和二氧化鈦納米微粒均勻混合并塗抹於普通紙張表面，在未列印狀態下紙張呈現為純藍色。當你想在之上列印文字和圖案時，便可把紙張置於紫外光中，激活二氧化鈦納米微粒釋放電子，進而臨近的普魯士藍會與電子結合，將原本的藍色轉化為無色。

相比於在藍色背景下觀看無色的文本內容，在無色背景下觀看藍色的文本獲得的閱讀體驗更佳，因此需要實現變色效果的部分無疑是紙張的背景。另外，我們還能通過使用不同顏色的普魯士藍的類似物來豐富文本色彩。

列印完成後，文本內容至少可以在五天內保持較高的解析度（5μm），之後會因為環境中的各種氧化作用逐漸恢復最初的純藍色背景。如果想要更快地抹掉文本內容，則可用高溫在10分鐘內恢復初始背景。研究者們認為，如果能夠進行商業化的生產，紙張的製作成本也將十分親民。

Yin教授認為：「相比於傳統製造，新型紫外光列印紙張在生產成本上具有相當大的優勢。首先在於塗層材料的價格並不昂貴，而且只需對普通紙張進行浸泡或噴塗的簡單處理即可完成塗層工作，這也在生產環節上降低了成本。此外，新型紙張的文本列印還無需油墨，且該紙張可重複使用80次以上，無疑對降低成本起到了相當關鍵的作用。」

未來研究工作的重心將放在使技術更具實用性上。Yin教授表示：「我們下一步的計劃是用激光印表機完成對紙張快速列印。我們也在尋求更有效的彩色列印的方案。」

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！