נייר רב פעמי חדשני

כימאים מאוניברסיטת קליפורניה פיתחו נייר חדשני שניתן לכתוב עליו שוב ושוב, כזה המבוסס על תכונת שינוי הצבע של כימיקלים מסחריים המכונים חומרי צבע מושרי-חמזור (חמצון-חיזור). חומר הצבע יוצר את שכבת הכיתוב שעל הנייר.

[תרגום מאת ד”ר נחמני משה]

כימאים פיתחו נייר חדשני שניתן לכתוב עליו שוב ושוב, כזה המבוסס על תכונת שינוי הצבע של כימיקלים מסחריים המכונים חומרי צבע מושרי-חמזור (חמצון-חיזור). חומר הצבע יוצר את שכבת הכיתוב שעל הנייר.

לפי סקרים מסוימים, כ-90% מכל המידע של בתי עסקים מתנהל כיום על גביי נייר, למרות שחלק הארי של מסמכים מודפסים אלו מושלך לאשפה לאחר שימוש יחיד בהם בלבד. פסולת נייר זו (וכן מחסניות הדיו) – שלא להזכיר את הסוגיות הסביבתיות הנלוות לה, כגון בירוא יערות וגרימת זיהום כימי לאוויר, למים וליבשה – ניתנת לצמצום משמעותי אם אפשר היה לכתוב או להדפיס על הנייר מספר פעמים, שוב ושוב.

כימאים מאוניברסיטת קליפורניה (Riverside) פיתחו עתה נייר חדשני כזה בדיוק, והוא מבוסס על יכולת שינוי הצבע של כימיקלים מסחריים המכונים חומרי צבע מושרי-חמזור. חומר הצבע יוצר את שכבת הכיתוב שעל הנייר. ההדפסה עצמה מתקבלת בעזרת הקרנה של אור על-סגול הגורמת לפוטו-הלבנה של הצבע, למעט האזורים שבהם יופיע הכיתוב. ניתן למחוק ולכתוב מחדש על הנייר החדשני יותר מעשרים פעמים, מבלי שנגרמת כל דעיכה משמעותית בחדות וברזולוציה.

“נייר חדשני זה הניתן לכתיבה חוזרת אינו זקוק לדיו נוסף לשם הדפסה, מאפיין ההופך אותו הן לחסכוני והן לפחות מזיק לסביבה,” אמר Yadong Yin, הפרופסור לכימיה שעמד בראש המחקר. “הנייר החדשני שלנו מציג חלופה אטרקטיבית לנייר רגיל ויוכל לעמוד בדרישות העולמיות הגואות לקיימות ולשימור סביבתי. ממצאי המחקר פורסמו לאחרונה בכתב-העת המדעי Nature Communications.

הנייר המשמש לכתיבה חוזרת הוא בעצם תווך בצורה של שכבת זכוכית או פלסטיק דקיקה שעליה ניתן לכתוב ולמחוק שוב ושוב אותיות ודוגמאות על ידי מחיקתן בעזרת חימום פשוט. הנייר מגיע בשלושה צבעים עיקריים: כחול, אדום וירוק, המיוצרים בעזרת צבעי החמזור המסחריים ‘מתילן כחול’, ‘אדום טבעי’ ו-‘ירוק חומצה’, בהתאמה. בתוך חומר הצבע משולבים ננו-גבישים של טיטאניום (המשמשים בתור זרזים) וחומר העיבוי תאית מימנית. השילוב המסוים הזה של חומר הצבע, הזרזים, ונגזרת התאית מספק לשכבה את ההפיכות והנִשְׁנוּת הגבוהות שלה.
במהלך שלב הכתיבה, קרינה על-סגולה גורמת לחיזור חומר הצבע למצבו חסר הצבע. במהלך שלב המחיקה, חמצון מחדש של החומר שעבר חיזור משחזר את הצבע המקורי; כלומר, חומר הכיתוב משחזר את צבעו המקורי בעזרת תגובה עם חמצן מהאוויר. חימום הנייר לטמפרטורה של 115 מעלות צלזיוס מאיץ את התגובה כך שתהליך המחיקה מסתיים תוך פחות מעשר דקות.

“האותיות המודפסות נותרות קריאות וברזולוציה גבוהה בתנאים רגילים למשך יותר משלושה ימים – משך זמן מספיק ארוך עבור יישומים מעשיים כגון קריאת עיתוני חדשות,” אמר החוקר הראשי. “ויתרה מכך, הנייר החדשני שלנו פשוט להכנה, ניתן לייצור בעלויות נמוכות ובעל רעילות וצריכת אנרגיה נמוכות. “אפילו עבור סוג נייר זה, חימומו לטמפרטורה של 115 מעלות צלזיוס לא מהווה כל בעיה”, מסביר החוקר. “במדפסות לייזר רגילות הנייר מחומם כבר היום לטמפרטורה של 200 מעלות צלזיוס בכדי לגרום לחלקיקי הטונר להיקשר לפני השטח של הנייר.”

צוות המחקר עובד על הגברת מספר המחזורים (מספר הפעמים שניתן להדפיס ולמחוק את הכיתוב) כאשר המטרה היא להגיע לערך של 100 מחזורים, זאת על מנת להפחית את עלות הייצור הכוללת. בנוסף, החוקרים מנסים גם למצוא דרכים שבעזרתן ניתן יהיה להאריך את משך קריאתם של התכנים או התמונות המודפסות ליותר משלושה ימים, זאת לשם הרחבת השימושים האפשריים בנייר כזה. “אחת הדרכים היא לפתח ננו-חלקיקים פוטוקטליטיים חדשים העוברים חיזור מהיר ויעיל יותר בחשיפה לקרינה על-סגולה,” מסביר החוקר הראשי. “בנוסף, אנו בוחנים את האפשרות להדפסה מרובת-צבעים. עיקרון העיצוב שלנו ניתן להרחבה לצבעי חמזור מסחריים אחרים שבעזרתם ניתן יהיה לקבל דוגמאות כיתוב בצבעים שונים. כל המאמצים הללו אמורים להגדיל את מספרם של היישומים המעשיים של הטכנולוגיה הזו.” על הטכנולוגיה החדשה נתבקשה הגנה פטנטית.

לאחרונה, צוות המחקר סנתז ננו-חלקיק קולואידי של טיטאניה שבתוכו מוטמעים יוני באריום המתפקד בתור זרז והמאפשר שינוי צבעים הפיך בתגובה לאור, תוך קבלת מספר מחזורים וקצב החלפת צבע גבוהים. “ביצועים משופרים אלו מקורם בהסרה היעילה יותר של החורים הפוטו-מחומצנים הנובעים מההכנסה של יוני באריום לחומר,” מסביר החוקר הראשי.

הידיעה על המחקר

תקציר המאמר