Od svog izuma oko 100. godine prije Krista, papir kao materijal za širenje informacija uvelike je pridonio razvoju i širenju civilizacije. Čak i u današnjem informacijskom dobu, s elektronskim medijima koji su sveprisutni u kućama, uredima, pa čak i u našim džepovima, papir i dalje igra kritičnu ulogu.
Naši mozgovi različito obrađuju informacije na papiru i na zaslonu. Informacije predstavljene na papiru uključuju više emocionalne obrade i proizvode više reakcija mozga povezanih s unutarnjim osjećajima. To može učiniti da tiskani materijal bude učinkovitiji i nezaboravniji od digitalnih medija. Naravno, papir je i dalje u uobičajenoj upotrebi, a očekuje se da će globalna potrošnja rasti.
Ali upotreba papira ima značajne probleme okoline i održivosti. Znanstvenici su dugi niz godina radili na razvoju medija za čitanje koji imaju oblik konvencionalnog papira, ali koji se mogu preispitati, a da se prethodno ne moraju industrijski reciklirati. Jedna obećavajuća mogućnost bila je premazivanje papira tankim filmom kemikalija koje mijenjaju boju kad su izložene svjetlu. Ali dosadašnji napori naišli su na probleme poput visokih troškova i velike toksičnosti - a da ne spominjemo poteškoće i preostale čitljivosti i brisanje zbog ponovne uporabe.
Moja istraživačka grupa na Kalifornijskom sveučilištu, Riverside, u suradnji s Wenshou Wang na Sveučilištu Shandong u Kini, nedavno je razvila novi premaz za redovan papir koji ne mora koristiti tintu, a na njemu se može ispisati svjetlošću, izbrisati i ponovno koristiti više od 80 puta. Prevlaka kombinira funkcije dvije vrste nanočestica, čestica 100 000 puta tanjih od papira; jedna čestica može dobiti energiju iz svjetlosti i inicira promjenu boje druge. Ovo predstavlja važan korak prema razvoju papira koji se može tiskati.
Učinci papira na okoliš
Oko 35 posto svih ubranih stabala na svijetu koristi se za izradu papira i kartona. Industrija celuloze i papira je peti najveći potrošač energije i koristi više vode za proizvodnju tona proizvoda od bilo koje druge industrije.
Ekstrakcija celuloze troši velike količine energije i može uključivati opasne kemikalije poput dioksina. Proizvodnja papira rezultira emisijom hranjivog fosfora. To pak pospješuje rast biljaka koji može potrošiti sav kisik u vodi i ubiti bilo koji život životinja.
Čak i nakon izrade papira, njegova upotreba šteti okolišu. Trupa papira od mjesta na kojem se izrađuje do mjesta na kojem se koristi stvara zagađenje zraka. Izrada i upotreba tinte i tonera također štete okolišu, zagađujući vodu, trovajući tlo i uništavajući prirodna staništa divljih životinja.
Naša metoda koristi netoksične sastojke i omogućuje ponovnu ponovnu uporabu papira, smanjujući na taj način utjecaj na okoliš.
Prebacivanje boja
Pri razvoju premaza za papir važno je pronaći onaj koji je transparentan, ali može promijeniti boju u nešto vidljivo - i natrag. Na taj način bilo koji tekst ili slike mogu se učiniti čitljivim kao na uobičajenom papiru, ali i lako se izbrisati.
Naša metoda kombinira nanočestice - čestice veličine od 1 do 100 nanometara - dva različita materijala koji se mogu mijenjati iz jasnih u vidljive i natrag. Prvi materijal je pruska plava, široko korišten plavi pigment najpoznatiji kao plava boja u arhitektonskim nacrtima ili tintama. Pruske plave nanočestice obično izgledaju plavo, naravno, ali mogu postati bezbojne kad se opskrbljuju dodatnim elektronima.
Drugi materijal su nanočestice titanovog dioksida. Izloženi ultraljubičastoj svjetlosti oslobađaju elektrone pruske plave boje kako bi postale bezbojne.
Naša tehnika kombinira ove dvije nanočestice u čvrsti premaz na konvencionalnom papiru. (Može se primijeniti i na druge krute tvari, uključujući plastične listove i staklene tobogane.) Kad sjajimo ultraljubičastu svjetlost na obloženom papiru, titanijev dioksid proizvodi elektrone. Pruske plave čestice pokupe te elektrone i promijene boju iz plave u bistru.
Ispis se može učiniti pomoću maske, koja je prozirni plastični list ispisan crnim slovima i uzorcima. Papir počinje u potpuno plavoj boji. Kad UV svjetlost prođe kroz prazna područja na maski, ona odgovarajuća područja na papiru ispod njih prelaze u bijelo, ponavljajući informacije iz maske u papir. Ispis je brz, potrebno je samo nekoliko sekundi.
Rezolucija je vrlo visoka: može proizvesti sitne uzorke od 10 mikrometra, 10 puta manje od onoga što naše oči mogu vidjeti. Papir će biti čitljiv više od pet dana. Njegova čitljivost će se polako razgrađivati jer kisik u zraku uzima elektrone iz pruskih plavih nanočestica i vraća ih u plavu. Ispis se također može učiniti pomoću laserskog snopa koji skenira preko površine papira i otkriva područja koja bi trebala biti bijela, na način sličan onome kako rade današnji laserski pisači.
Brisanje stranice je jednostavno: zagrijavanje papira i filma na oko 120 Celzijevih stupnjeva (250 stupnjeva Farenhajta) ubrzava reakciju oksidacije, a u potpunosti briše ispisani sadržaj za oko 10 minuta. Ta je temperatura daleko niža od temperature na kojoj se papir zapali, tako da nema opasnosti od požara. Također je niža od temperature uključene u trenutne laserske pisače, koji trebaju doseći oko 200 stupnjeva Celzijusa (392 stupnja Farenhita) kako bi se toner smjestio na papir.
Poboljšana kemijska stabilnost
Korištenje pruske plave boje kao dijela ovog postupka nudi značajan broj prednosti. Prvo, vrlo je kemijski stabilna. Na prethodnim papirima za ponovno pisanje obično su se organske molekule koristile kao glavni materijali za promjenu boje, ali oni se lako raspadaju nakon izlaganja UV svjetlu tijekom tiskanja. Kao rezultat toga, ne dopuštaju jako mnogo ciklusa ispisa i brisanja.
Suprotno tome, pruske plave molekule ostaju uglavnom netaknute čak i nakon dugotrajnog izlaganja ultraljubičastoj svjetlosti. U našem su laboratoriju uspjeli napisati i izbrisati jedan list više od 80 puta bez da opazimo bilo kakve očite promjene intenziteta boje ili brzine prekidača.
Osim toga, prusko plava boja može se lako izmijeniti kako bi se proizvele različite boje, tako da plava nije jedina opcija. Možemo promijeniti kemijsku strukturu pigmenta, zamijenivši dio njegovog željeza bakrenim zelenim pigmentom ili potpuno zamijenivši željezo kobaltom da postane smeđi. Trenutno možemo ispisati samo jednu boju istovremeno.
Kako dalje razvijamo ovu tehnologiju, nadamo se da ćemo omogućiti ponovno upisivanje papira za mnoge načine prikazivanja informacija, posebno privremene kao što su novine, časopisi i plakati. Ostala upotreba odnosi se na proizvodnju, zdravstvo pa čak i na jednostavno organiziranje, poput izrade naljepljivih naljepnica.
Vjerojatno se nije moguće nadati društvu bez papira, ali radimo na tome da pomognemo ljudima da koriste daleko manje papira nego što čine - i da ih lakše iskoristimo kada budu spremni.
Ovaj je članak prvotno objavljen u časopisu The Conversation.
Yadong Yin, profesor kemije na Kalifornijskom sveučilištu, Riverside.
