Yeni nano parçacık kaplama malzemenin silinebilir ve 80 defadan fazla tekrar kullanılmasına izin verebilir.
Aşağıdaki makale, en son araştırmayı kapsayan çevrimiçi bir yayın olan The Conversation’ ın izniyle yeniden basıldı.
M.Ö. 1000 civarında kağıdın icadından bu yana, Çin’de bilgi yaymak için kullanılan bir malzeme olan kağıt, uygarlığın gelişmesine ve yayılmasına büyük katkıda bulunmuştur. Günümüz bilgi çağında bile, evlerde, ofislerde hatta cebimizde olan her yerdeki elektronik iletişim araçları ile birlikte, kağıt hala kritik bir rol oynamaktadır.
Beynimiz bilgiyi kağıt ve ekranda farklı şekilde işler. Kağıt üzerinde sunulan bilgiler daha duygusal işlem gerektirir ve iç duygularla bağıntılı daha fazla beyin yanıtları üretir. Bu bilgi basılı materyali dijital medyadan daha etkili ve daha unutulmaz hale getirebilir. Tabi ki, kağıt hala yaygın kullanımda ve dünya çapındaki tüketimin artması bekleniyor.
Ancak kağıt kullanımı önemli çevre ve sürdürülebilirlik soruları ile birlikte gelir. Uzun yıllar boyunca, bilim adamları geleneksel kağıt biçiminde olan ancak endüstriyel olarak geri dönüştürülmek zorunda kalmadan, yeniden basılabilen okuma ortamı geliştirmek için çalıştılar. Gelecek vaat eden bir seçenek kağıdı, ışığa maruz kaldıklarında renk değişimine uğrayan ince bir kimyasal filmle kaplamaktır. Ancak daha önceki çabalar yüksek zamanda ve yüksek zehirlilik içermesi gibi sorunlarla karşılaştı-hem okunabilir halde kalan hemde tekrar kullanabilmek çin silinebilen zorluklardan bahsetmiyorum.
Shandong Üniversitesi’ndeki Wenshou Wang ile işbirliği içinde Kaliforniya Üniversitesi Riverside’daki araştırma grubum, mürekkep gerektirmeyen ve ışıkla basılabilen, silinebilen ve 80 defadan fazla tekrar kullanılabilen sıradan kağıt için yeni bir kaplama geliştirdi. Kaplama iki tür nanoparçacığın fonksiyonlarını birleştirir, parçacıklar bir kağıt parçasından 100.000 kat daha incedir; bir tanecik ışıktan enerjiyi alabilir ve diğerinin renk değişikliğini başlatır. Bu, tekrar basılabilir kağıt geliştirmeye doğru önemli bir adımı temsil eder.
Kağıdın Çevresel Etkileri
Dünyada hasat edilen ağaçların yaklaşık yüze 35’i kağıt ve karton üretmek için kullanılır. Kağıt hamuru ve kağıt endüstrisi dünya çapında beşinci sırada en büyük enerji tüketir ve başka bir endüstriye kıyasla bir ton ürün üretmek için daha fazla su kullanılır.
Selüloz çıkarma büyük miktarda enerji tüketir ve dioksin gibi tehlikeli kimyasal maddeler içerebilir. Kağıt üretimi, besin fosforunun emisyonu ile sonuçlanır. Bu da, sudaki tüm oksijeni tüketip ve herhangi bir hayvan hayatını öldüren bitkinin büyümesini arttırır.
Kağıt üretildikten sonra bile, çevreye zarar verir. Yapıldığı yerden kullanıldığı yere kamyonla kağıt taşımacılığı hava kirliliği üretir. Ayrıca, mürekkep ve toner yapmak ve kullanmak, suyun kirlenmesine, toprağın zehirlenmesine ve doğal yaşam alanlarının tahrip edilmesiyle çevreye zarar verir.
Metodumuz zehirsiz maddeler kullanır ve kağıtların tekrar tekrar kullanılmasına izin verir ve böylece çevresel etkileri azaltır.
Renkleri Değiştirme
Kağıt için kaplama geliştirilirken, şeffaf ama renkleri görünür bir hale dönüştürülebilen- sonra geri haline dönen bir şey bulmak önemlidir. Bu şekilde, herhangi bir metin veya resim, normal kağıt gibi okunabilir hale getirebilir aynı zamanda kolayca silinir. Methodumuz, netlikten görünür duruma geçebilen iki farklı materyalin nanoparçaçıklarını( 1 ila 100 nanometre boyutlarında partiküller) birleştirir ve geri döner. İlk malzeme Prusya mavisi ; mimari mavi kopya veya mürekkeplerdeki mavi renk olarak, en çok kullanılan mavi pigmenttir. Prusya mavisi nanoparçacıkları normalde mavi renkte görünür ancak ilave elektron verildiğinde renksiz hale gelebilir.İkinci malzeme titanyum dioksit nanopartikülleri. Ultraviyole ışığa maruz bırakıldığında,Prusya mavisinin renksiz olması için gereken elektronları serbest bırakıyorlar.
Tekniğimiz, bu iki nanopartikülleri geleneksel kağıt üzerinde katı bir kaplama haline getirmek için birleştirir. (Plastik sayfalar ve cam slaylatlar da dahil olmak üzere diğer kağıtlara da uygulanabilir.) Kaplanmış kağıda ultraviole ışığı saçtığımızda, titanyum dioksit elektronlar üretir.prusya mavisi partikülleri bu elektronları alıp, mavi renkten berrak renge doğru değiştirir.
Baskılama, siyah renkte harfler ve desenler ile birlikte basılmış net plastik sayfa olan bir örtü aracılığıyla yapılabilir. Kağıt tamamen mavi renk ile başlar. UV ışını örtüdeki boş alanlardan geçtiğinde, alttaki kağıda karşılık gelen alanları beyaza çevirir, bigiyi örtüden kağıda kopyalar. Yazdırma işlemi hızlıdır, tamamlanması yalnızca birkaç saniye sürer.
Çözünürlük çok yüksektir; gözlerimizin görebileceğinden 10 kat daha küçük 10 mikrometre kadar ince desenler üretebilir. Kağıt beş günden fazla okunabilir kalacaktır. Havadaki oksijen prusya mavisi nanopartiküllerinden elektronları alır ve onları mavi renge geri döndürdüğünden, kağıdın okunabilirliği yavaş yavaş düşecektir. Baskılama ayrıca bugünkü lazer yazıcıların çalışma biçimine benzer bir şekilde, kağıt yüzeyi boyunca tarayan ve beyaz olması gereken alanları açığa çıkaran bir lazer ışını kullanılarak yapılabilir.
Bir sayfanın silinmesi kolaydır; Kağıt ve filmi 120 dereceye (250 derece Fahrenheit) kadar ısıtmak, oksidasyon tepkimesini hızlandırarak, basılı içeriği yaklaşık 10 dakika içinde tamamen siler. Bu sıcaklık, kağıt tutuşma sıcaklığından çok düşüktür, bu yüzden yangın tehlikesi yoktur. Ayrıca, tonerin hemen kağıda kaynaştırılması için yaklaşık 200 dereceye (392 derece Fahrenheit) ulaşması için gereken mevcut lazer yazıcılarda yer alan sıcaklığın altındadır.
Gelişmiş Kimyasal Tutarlılık
Bu sürecin bir parçası olarak kullanılan Prusya mavisi önemli avantajlar sunmaktadır. Birincisi kimyasal olarak oldukça kararlıdır. Önceki tekrar yazılabilir kağıtlar genellikle ana renk değişimi malzemeleri olarak organik molekülleri kullandı, ancak baskılama sırasında UV ışığına maruz bırakıldıktan sonra kolayça parçalandılar. Sonuç olarak, çok fazla yazdırma ve sildirme döngüsüne izin vermezler.
Buna karşılık, Prusya mavisi molekülleri uzun süre UV ışınlarına maruz kaldıktan sonra bile esasen bozulmadan kalırlar. Laboratuvarımızda, rengin yoğunluğunda veya değiştirme hızında görünür herhangi bir değişiklik yapmadan, tek bir sayfayı 80 defadan fazla yazabiliyor ve silebiliyoruz.
Buna ek olarak, Prusya mavisi değişik renkler üretmek için kolayca değiştirilebilir, bu yüzden mavi tek seçenek değildir. Yeşil pigment yapmak için, pigmentin demirinin bir kısmını bakırla değiştirerek yada kahverengi yapmak için bütün demirin kobalt ile değiştirerek pigmentin kimyasal yapısını değiştirebiliriz. Halihazırda, tek seferde sadece bir renkte basabiliyoruz.
Bu teknolojiyi daha da geliştirdikçe, özellikle gazete, dergi ve afiş gibi geçici kullanımlar gibi bilgileri görüntülemenin birçok kullanımı için yeniden yazılabilir kağıtları kullanılabilir kılmayı umuyoruz. Diğer kullanımlar, üretim, sağlık bakımı ve yeniden yazılabilir etiketler yapmak gibi basit organizasyonlarda kulalnılmaya kadar genişletilir.
Tamamen kağıtsız bir toplum için umut etmek, muhtemelen mümkün değildir, ancak insanlara kullandıklarından çok daha az kağıt kullanmalarına yardımcı olmak için çalışıyoruz- onlar hazır olduklarında, daha kolay bir şekilde yeniden kullanıyorlar.
Kaynak : scientificamerican.com