طوّر الكيميائيون في جامعة كاليفورنيا ورقة بحثية مبتكرة يمكن الكتابة عليها بشكل متكرر، تعتمد على خاصية تغيير اللون للمواد الكيميائية التجارية المعروفة باسم الأصباغ المستحثة بالأكسدة. تشكل مادة التلوين طبقة النقوش على الورقة.
[ترجمة د.نحماني موشيه]
طوّر الكيميائيون ورقة بحثية مبتكرة يمكن الكتابة عليها بشكل متكرر، تعتمد على خاصية تغيير اللون للمواد الكيميائية التجارية المعروفة باسم أصباغ الأكسدة والاختزال. تشكل مادة التلوين طبقة النقوش على الورقة.
وفقًا لبعض الدراسات الاستقصائية، فإن حوالي 90% من جميع المعلومات التجارية تتم حاليًا على الورق، على الرغم من أن الجزء الأكبر من هذه المستندات المطبوعة يتم إلقاؤها في سلة المهملات بعد استخدام واحد فقط. هذه النفايات الورقية (وكذلك خراطيش الحبر) -ناهيك عن القضايا البيئية المرتبطة بها، مثل إزالة الغابات والتسبب في التلوث الكيميائي للهواء والماء والأرض- يمكن تقليلها بشكل كبير إذا أمكن الكتابة أو الطباعة عليها الورقة عدة مرات، مرارا وتكرارا.
وقد قام كيميائيون من جامعة كاليفورنيا (ريفيرسايد) الآن بتطوير مثل هذه الورقة المبتكرة، وهي تعتمد على القدرة على تغيير لون المواد الكيميائية التجارية التي تسمى أصباغ الأكسدة والاختزال. تشكل مادة التلوين طبقة النقوش على الورقة. ويتم الحصول على الطباعة نفسها بمساعدة تسليط الضوء فوق البنفسجي الذي يؤدي إلى تبييض اللون في الصورة، باستثناء المناطق التي سيظهر فيها النقش. ويمكن مسح الورقة المبتكرة وإعادة كتابتها أكثر من عشرين مرة، دون التسبب في أي تدهور كبير في الحدة والدقة.
وقال يادونغ يين، أستاذ الكيمياء الذي قاد الدراسة: "لا تحتاج هذه الورقة المبتكرة القابلة لإعادة الكتابة إلى حبر إضافي للطباعة، وهي ميزة تجعلها فعالة من حيث التكلفة وأقل ضررا على البيئة". "يقدم ورقنا المبتكر بديلاً جذابًا للورق العادي وسيكون قادرًا على تلبية الطلبات العالمية المتزايدة للاستدامة والحفاظ على البيئة. وقد نشرت نتائج البحث مؤخرا في المجلة العلمية Nature Communications.
الورق المستخدم للكتابة المتكررة هو في الأساس وسيلة على شكل طبقة رقيقة من الزجاج أو البلاستيك يمكن كتابة الحروف والأنماط عليها ومسحها بشكل متكرر عن طريق مسحها بتسخين بسيط. يأتي الورق بثلاثة ألوان رئيسية: الأزرق والأحمر والأخضر، والتي يتم إنتاجها باستخدام الأصباغ الحمضية التجارية "أزرق الميثيلين" و"الأحمر الطبيعي" و"الأخضر الحمضي"، على التوالي. يتم دمج بلورات التيتانيوم النانوية (المستخدمة كمحفزات) ومكثف السليلوز المهدرج في الصبغة. يوفر هذا المزيج الخاص من الصبغة والمحفزات ومشتق السليلوز للطبقة قابلية انعكاس وانعكاس عالية.
أثناء مرحلة الكتابة، تتسبب الأشعة فوق البنفسجية في تحويل مادة الصبغة إلى حالتها عديمة اللون. أثناء مرحلة المسح، تعمل إعادة أكسدة المادة المختزلة على استعادة اللون الأصلي؛ أي أن مادة الكتابة تستعيد لونها الأصلي بمساعدة التفاعل مع الأكسجين الموجود في الهواء. يؤدي تسخين الورق إلى درجة حرارة 115 درجة مئوية إلى تسريع التفاعل بحيث تكتمل عملية المسح في أقل من عشر دقائق.
وقال الباحث الرئيسي: "تظل الحروف المطبوعة مقروءة وبدقة عالية في الظروف العادية لأكثر من ثلاثة أيام، وهي فترة كافية للتطبيقات العملية مثل قراءة الصحف". "علاوة على ذلك، فإن ورقنا المبتكر سهل التحضير، ويمكن إنتاجه بتكاليف منخفضة ويتميز بسمية منخفضة واستهلاك منخفض للطاقة. ويوضح الباحث: «حتى بالنسبة لهذا النوع من الورق، فإن تسخينه إلى درجة حرارة 115 درجة مئوية لا يشكل أي مشكلة». "في طابعات الليزر العادية، يتم تسخين الورق بالفعل إلى درجة حرارة 200 درجة مئوية اليوم للتسبب في ارتباط جزيئات الحبر بسطح الورقة."
ويعمل الفريق البحثي على زيادة عدد الدورات (عدد المرات التي يمكن فيها طباعة النقش ومسحه) بهدف الوصول إلى قيمة 100 دورة، وذلك لتقليل تكلفة الإنتاج الإجمالية. بالإضافة إلى ذلك، يحاول الباحثون أيضًا إيجاد طرق يمكن من خلالها تمديد مدة قراءة المحتويات أو الصور المطبوعة إلى أكثر من ثلاثة أيام، وذلك لتوسيع الاستخدامات المحتملة لمثل هذا الورق. "إحدى الطرق هي تطوير جسيمات نانوية تحفيزية ضوئية جديدة تخضع لعملية الأكسدة والاختزال بشكل أسرع وأكثر كفاءة عند تعرضها للأشعة فوق البنفسجية" ، يوضح الباحث الرئيسي. "بالإضافة إلى ذلك، نحن ندرس إمكانية الطباعة متعددة الألوان. يمكن توسيع مبدأ التصميم الخاص بنا ليشمل ألوان Hamzor التجارية الأخرى والتي بمساعدتها سيكون من الممكن الحصول على عينات من الحروف بألوان مختلفة. ومن شأن كل هذه الجهود أن تزيد من عدد التطبيقات العملية لهذه التكنولوجيا. تم طلب حماية براءات الاختراع للتكنولوجيا الجديدة.
في الآونة الأخيرة، قام فريق البحث بتصنيع جسيم نانوي غرواني من تيتانيا تم دمج أيونات الباريوم فيه، والذي يعمل كمحفز ويمكّن من تغيير اللون بشكل عكسي استجابةً للضوء، مع الحصول على عدد من الدورات ومعدل تغير لون مرتفع. يوضح الباحث الرئيسي: "ينشأ هذا الأداء المحسن من الإزالة الأكثر كفاءة للثقوب المؤكسدة ضوئيًا الناتجة عن إدخال أيونات الباريوم في المادة".
تعليقات 5
ممتع
سفكان
قد تكون على حق، ولكن أعتقد أنك مخطئ بشأن شيء واحد، وهو أن استخدام الورق في العالم لا يتناقص على الإطلاق. من ناحية، كان تصدير الورق مستقرا لعدة سنوات، ومن ناحية أخرى، فإن استخدام الورق المعاد تدويره آخذ في الازدياد (في فهمي)، وبالتالي فإن استخدام الورق آخذ في الارتفاع.
وهذا أمر منطقي تمامًا لأن عدد الشركات في العالم ينمو بسرعة، في حين أن التوفير الفعلي في الورق لا يكاد يذكر. فقط أنظر إلى بريدي الوارد كل صباح....
أوه، حتى أنه كتب أن وجوده مدته 3 أيام فقط (يتلاشى لاحقًا). لذلك لا توجد فرصة على الإطلاق.
مضيعة للمال. لن يكون هناك مشترين بسبب الارتفاع الكبير في أسعار الورق للمستهلك.
سوف نكتفي بالورق التقليدي (الذي يتناقص استخدامه على أي حال) والأجهزة اللوحية ذات الترتيبات المكتوبة بخط اليد (التي لا تحظى بشعبية كبيرة، ربما بسبب الأسعار المرتفعة للغاية).