Nasze dane coraz częściej przechowywane są w postaci cyfrowej, co nie zmienia faktu, że papierowe dokumenty wciąż znajdują się w obiegu. Tusze i tonery nie należą do najtańszych środków barwiących, a wydruki niejednokrotnie lądują w koszu już po kilku minutach. Naukowcy z Jilin University w Chinach zaprezentowali papier powlekany barwnikami, który zmienia kolor kiedy jest mokry. Kartki z napisami drukowanymi wodą nie trzeba wyrzucać, gdyż następnego dnia po wyschnięciu jest czysta i można jej ponownie użyć.
Drukarki atramentowe stały najpopularniejszymi wyjściowymi urządzeniami komputerowymi w naszych domach. Marketingowe zabiegi firm w postaci obniżenia cen zachęcają do zakupu, jednak późniejszy koszt materiałów eksploatacyjnych znacznie obciąża budżet. Najdroższe są oczywiście oryginalne kartridże z barwnikami oferowanymi przez producenta urządzenia. Istnieją również dużo tańsze zamienniki, które czasami są wadliwe oraz wpływają na nieprawidłowe drukowanie. Wiele osób często pozbywa się drukarki, gdy kończy się tusz, ponieważ zakup nowej jest bardziej opłacalny niż ponowne nabycie kompletu oryginalnych tuszy.
A gdyby zamiast kosztownych kartridży używać strumienia wody? Takie podejście zademonstrowali badacze z Chin, którzy stworzyli papier pokryty specjalnymi związkami chemicznymi. Woda w połączeniu z barwnikami naniesionymi na kartkę wpływała na zmianę pochłaniania i odbijania określonych długości fal światła widzialnego. Innymi słowy, wrażenie koloru tworzyło się poprzez odbicie od barwnika nie pochłoniętych fragmentów widma światła białego. W uproszczeniu, kolor nadawało promieniowanie, które nie ulegało absorpcji na napisach aktywowanych wodą. Szczegółowe wyniki badań opublikowano 28 stycznia 2014 w internetowym wydaniu czasopisma Nature Commucations.
Badacze wykorzystali zwykły papier celulozowy, który pokryli barwnikiem znajdującym się pomiędzy dwiema cienkimi warstwami ochronnymi. Zabezpieczenie stanowiły powłoki z politleneku etylenu, czyli glikolu polietylenowego (z ang. polyethylene glycol, PEG). Pierwsza uniemożliwiała reakcję papieru z barwnikiem, a druga zapobiegała pochłanianiu wody z powietrza oraz zbyt szybkiej utracie wody po wydruku. Polimer PEG posiada wiele zastosowań – od przemysłu do medycyny. Stanowi podstawę wielu środków przeczyszczających, jest stosowany jako rozpuszczalnik, emulgator i środek zwiększający lepkość ciekłych kosmetyków i leków. Można go używać także jako powłoki smarujące, substancję konserwującą drewno oraz spoiwa dla materiałów ceramicznych.
Jednak to mieszanina czterech izomerów oksazolidyny była najistotniejsza z punktu widzenia substancji tworzącej wrażenia kolorów. Aromatyczne związki organiczne składały się z pięcioczłonowych pierścieni, zawierających trzy atomy węgla oraz po jednym atomie azotu i tlenu. Zamknięte pierścienie izomerów o niskiej energii powodowały, iż na początku mieszanina była bezbarwna. Kiedy papier został zwilżony, izomery ulegały hydrolizie, zmieniając właściwości optyczne materiału. Znając dokładne długości fal wchłanianych przez poszczególne związki, inżynierowie drukowali napisy w czterech kolorach (niebieskim, różowym, żółtym i fioletowym).
Do badań zespół użył zwykłej drukarki atramentowej, w której kartridż wypełniono wodą. Wydrukowane strony były suche w dotyku, a napisy znikały pod 30 sekundach ogrzewania arkusza w temperaturze 70°C, lub po 22 godzinach w warunkach pokojowych. Testy wykazały, że papier wytworzony w ten sposób może zostać zadrukowany i oczyszczony więcej niż 50 razy. Naukowcy są zdania, że jeśli jedna kartka zostanie użyta tylko kilkanaście razy, to i tak koszt będzie około 17 razy mniejszy niż kolorowy wydruk z drukarki atramentowej. Cena spreparowanego papieru ma być około 5% wyższa od tradycyjnego. Co ważne, nowa metoda nie wymaga zmiany drukarki, ale tylko zastąpienia tuszu wodą.
Według badaczy farbowany papier jest bezpieczny, mimo tego prowadzane są obecnie testy toksykologiczne na myszach. Naukowcy pracują także nad przedłużeniem trwałości i jakości wydruków oraz zwiększeniem palety barw.
Źródło:
[1] Hydrochromic molecular switches for water-jet rewritable paper. Lan Sheng, Minjie Li, Shaoyin Zhu, Hao Li, Guan Xi, Yong-Gang Li, Yi Wang, Quanshun Li, Shaojun Liang, Ke Zhong & Sean Xiao-An Zhang. Nature Communications 5, Article number: 3044 doi:10.1038/ncomms4044
[2] http://www.nature.com/ncomms/2014/140128/ncomms4044/full/ncomms4044.html [05.02.2014]
[3] http://www.nature.com/ncomms/2014/140128/ncomms4044/extref/ncomms4044-s1.pdf [05.02.2014]
[4] http://news.discovery.com/tech/gear-and-gadgets/new-ink-less-tech-prints-with-water-140128.htm [05.02.2014]
[5] Cis2 by Denis Gomes Franco, Public Domain, Wikimedia Commons