Dalla sua invenzione intorno al 100 a.C. in Cina, la carta come materiale per la diffusione delle informazioni ha contribuito notevolmente allo sviluppo e alla diffusione della civiltà. Anche nell'era dell'informazione di oggi, con i media elettronici onnipresenti nelle case, uffici e anche le nostre tasche, la carta gioca ancora un ruolo fondamentale.

Il nostro cervello elabora le informazioni in modo diverso su carta e sullo schermo. Le informazioni presentate su carta comportano un'elaborazione più emotiva e producono più risposte cerebrali legate ai sentimenti interni. Ciò può rendere il materiale stampato più efficace e più memorabile rispetto ai media digitali. Certo, la carta è ancora di uso comune, e si prevede che il consumo globale cresca.

Ma l'uso della carta comporta notevoli problemi ambientali e di sostenibilità. Per molti anni, gli scienziati hanno lavorato per sviluppare supporti di lettura che hanno il formato della carta convenzionale ma possono essere ristampati senza dover prima essere riciclati industrialmente. Un'opzione promettente è stata quella di rivestire la carta con un sottile film di sostanze chimiche che cambiano colore se esposte alla luce. Ma gli sforzi precedenti hanno riscontrato problemi come l'alto costo e l'elevata tossicità, per non parlare della difficoltà sia di rimanere leggibili che di essere cancellati per il riutilizzo.

Il mio gruppo di ricerca all'Università della California, lungo il fiume, in collaborazione con Wenshou Wang presso la Shandong University in Cina, ha recentemente sviluppato un nuovo rivestimento per carta normale che non necessita di inchiostro, e può essere stampato con la luce, cancellati e riutilizzati più di 80 volte. Il rivestimento combina le funzioni di due tipi di nanoparticelle, particelle 100, 000 volte più sottile di un pezzo di carta; una particella è in grado di ottenere energia dalla luce e avvia il cambiamento di colore dell'altra. Questo rappresenta un passo importante verso lo sviluppo della carta ristampabile.

Effetti ambientali della carta

Circa il 35 percento di tutti gli alberi raccolti nel mondo viene utilizzato per produrre carta e cartone. In tutto il mondo, l'industria della cellulosa e della carta è il quinto consumatore di energia e utilizza più acqua per produrre una tonnellata di prodotto rispetto a qualsiasi altra industria.

L'estrazione della polpa consuma grandi quantità di energia e può coinvolgere sostanze chimiche pericolose come la diossina. La produzione di carta comporta l'emissione del nutriente fosforo. Quella, a sua volta, stimola la crescita delle piante, che può consumare tutto l'ossigeno nell'acqua e uccidere qualsiasi vita animale.

Anche dopo che la carta è stata fatta, il suo utilizzo danneggia l'ambiente. Trasportare la carta da dove viene prodotta a dove viene utilizzata genera inquinamento atmosferico. E produrre e usare inchiostro e toner danneggia anche l'ambiente, contaminando l'acqua, avvelenando il suolo e distruggendo gli habitat naturali della fauna selvatica.

Il nostro metodo utilizza ingredienti non tossici e consente il riutilizzo ripetuto di carta, riducendo così gli effetti ambientali.

Cambiare colore

Nello sviluppo di un rivestimento per carta, è importante trovarne uno trasparente ma in grado di cambiare colore in qualcosa di visibile e viceversa. Quel modo, qualsiasi testo o immagine può essere reso leggibile come su carta normale, ma anche facilmente cancellabile.

Il nostro metodo combina nanoparticelle – particelle di dimensioni comprese tra 1 e 100 nanometri – di due materiali diversi che possono cambiare da trasparente a visibile e viceversa. Il primo materiale è il blu di Prussia, un pigmento blu ampiamente utilizzato più familiare come il colore blu nei progetti architettonici o negli inchiostri. Le nanoparticelle blu di Prussia normalmente appaiono blu, Certo, ma possono diventare incolori quando vengono forniti con elettroni aggiuntivi.

Il secondo materiale sono le nanoparticelle di biossido di titanio. Quando esposto alla luce ultravioletta, rilasciano gli elettroni di cui il blu di Prussia ha bisogno per diventare incolore.

La nostra tecnica combina queste due nanoparticelle in un rivestimento solido su carta convenzionale. (Può essere applicato anche ad altri solidi, compresi fogli di plastica e vetrini.) Quando facciamo brillare la luce ultravioletta sulla carta patinata, il biossido di titanio produce elettroni. Le particelle blu di Prussia raccolgono quegli elettroni e cambiano colore da blu a chiaro.

La stampa può essere eseguita attraverso una maschera, che è un foglio di plastica trasparente stampato con lettere e motivi in ​​nero. La carta inizia completamente blu. Quando la luce UV passa attraverso le aree vuote della maschera, cambia le aree corrispondenti sulla carta sottostante in bianco, replicare le informazioni dalla maschera alla carta. La stampa è veloce, impiegando solo pochi secondi per il completamento.

La risoluzione è molto alta:può produrre modelli piccoli come 10 micrometri, 10 volte più piccolo di quello che i nostri occhi possono vedere. Il documento rimarrà leggibile per più di cinque giorni. La sua leggibilità si degraderà lentamente, poiché l'ossigeno nell'aria prende gli elettroni dalle nanoparticelle blu di Prussia e li riporta al blu. La stampa può essere eseguita anche utilizzando un raggio laser, che scansiona la superficie della carta ed espone le aree che dovrebbero essere bianche, in un modo simile a come funzionano le stampanti laser di oggi.

Cancellare una pagina è facile:riscaldare la carta e la pellicola a circa 120 gradi Celsius (250 gradi Fahrenheit) accelera la reazione di ossidazione, cancellando completamente il contenuto stampato entro circa 10 minuti. Questa temperatura è molto più bassa della temperatura alla quale la carta si accende, quindi non c'è pericolo di incendio. È anche inferiore alla temperatura coinvolta nelle stampanti laser attuali, che devono raggiungere circa 200 gradi Celsius (392 gradi Fahrenheit) per fondere istantaneamente il toner sulla carta.

Stabilità chimica migliorata

L'utilizzo del blu di Prussia come parte di questo processo offre un numero significativo di vantaggi. Primo, è altamente chimicamente stabile. Le precedenti carte riscrivibili di solito usavano molecole organiche come principali materiali che cambiano colore, ma si rompono facilmente dopo essere stati esposti alla luce UV durante la stampa. Di conseguenza, non consentono moltissimi cicli di stampa e cancellazione.

Al contrario, Le molecole di blu di Prussia rimangono sostanzialmente intatte anche dopo un'esposizione a lungo termine alla luce ultravioletta. Nel nostro laboratorio, siamo stati in grado di scrivere e cancellare un singolo foglio più di 80 volte senza osservare alcun cambiamento apparente nell'intensità del colore o nella velocità dell'interruttore.

Inoltre, Il blu di Prussia può essere facilmente modificato per produrre diversi colori, quindi il blu non è l'unica opzione. Possiamo cambiare la struttura chimica del pigmento, sostituendo parte del suo ferro con il rame per fare un pigmento verde, oppure sostituendo interamente il ferro con del cobalto per farlo brunire. Attualmente, siamo in grado di stampare in un solo colore alla volta.

Man mano che sviluppiamo ulteriormente questa tecnologia, speriamo di rendere disponibile la carta riscrivibile per molti usi della visualizzazione delle informazioni, usi soprattutto temporanei come giornali, riviste e manifesti. Altri usi si estendono alla produzione, assistenza sanitaria e anche semplice organizzazione, come creare etichette riscrivibili.

Probabilmente non è possibile sperare in una società completamente senza carta, ma stiamo lavorando per aiutare le persone a usare molta meno carta di loro ea riutilizzarla più facilmente quando sono pronte.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. Leggi l'articolo originale.