Desde su invención alrededor del año 100 a.C. en China, el papel como material para difundir información ha contribuido en gran medida al desarrollo y difusión de la civilización. Incluso en la era de la información actual, con medios electrónicos omnipresentes en los hogares, oficinas e incluso nuestros bolsillos, el papel sigue desempeñando un papel fundamental.

Nuestros cerebros procesan la información de manera diferente en papel y en pantalla. La información presentada en papel implica un procesamiento más emocional y produce más respuestas cerebrales conectadas con sentimientos internos. Eso puede hacer que el material impreso sea más efectivo y más memorable que los medios digitales. Por supuesto, el papel todavía es de uso común, y se espera que crezca el consumo mundial.

Pero el uso de papel conlleva importantes problemas medioambientales y de sostenibilidad. Durante muchos años, Los científicos han trabajado para desarrollar soportes de lectura que tengan el formato del papel convencional pero que puedan reimprimirse sin tener que reciclarse industrialmente. Una opción prometedora ha sido recubrir el papel con una fina película de productos químicos que cambian de color cuando se exponen a la luz. Pero los esfuerzos anteriores han encontrado problemas como el alto costo y la alta toxicidad, sin mencionar la dificultad de permanecer legible y borrarse para su reutilización.

Mi grupo de investigación en la Universidad de California, Orilla, en colaboración con Wenshou Wang de la Universidad de Shandong en China, ha desarrollado recientemente un nuevo recubrimiento para papel normal que no necesita tinta, y se puede imprimir con luz, borrado y reutilizado más de 80 veces. El recubrimiento combina las funciones de dos tipos de nanopartículas, partículas 100, 000 veces más delgado que una hoja de papel; una partícula puede obtener energía de la luz e inicia el cambio de color de la otra. Esto representa un paso importante hacia el desarrollo del papel reimprimible.

Efectos ambientales del papel

Aproximadamente el 35 por ciento de todos los árboles talados en el mundo se utilizan para fabricar papel y cartón. En todo el mundo, la industria de la pulpa y el papel es el quinto mayor consumidor de energía y utiliza más agua para producir una tonelada de producto que cualquier otra industria.

La extracción de pulpa consume grandes cantidades de energía y puede involucrar sustancias químicas peligrosas como la dioxina. La producción de papel da como resultado la emisión del nutriente fósforo. Ese, Sucesivamente, estimula el crecimiento de las plantas, que puede consumir todo el oxígeno del agua y matar cualquier vida animal.

Incluso después de fabricar el papel, su uso daña el medio ambiente. El transporte de papel desde donde se fabrica hasta donde se utiliza genera contaminación del aire. Y la fabricación y el uso de tinta y tóner también dañan el medio ambiente, contaminando el agua, envenenando el suelo y destruyendo los hábitats naturales de la vida silvestre.

Nuestro método utiliza ingredientes no tóxicos y permite la reutilización repetida de papel, reduciendo así los efectos ambientales.

Cambio de colores

Al desarrollar un recubrimiento para papel, es importante encontrar uno que sea transparente pero que pueda cambiar de color a algo visible, y viceversa. De esa manera, cualquier texto o imágenes se pueden leer como en papel normal, pero también se borra fácilmente.

Nuestro método combina nanopartículas (partículas de entre 1 y 100 nanómetros de tamaño) de dos materiales diferentes que pueden cambiar de transparentes a visibles y viceversa. El primer material es el azul de Prusia, un pigmento azul ampliamente utilizado, más familiar como el color azul en planos arquitectónicos o tintas. Las nanopartículas de azul de Prusia normalmente aparecen azules, por supuesto, pero pueden volverse incoloros cuando se les suministran electrones adicionales.

El segundo material son nanopartículas de dióxido de titanio. Cuando se expone a la luz ultravioleta, liberan los electrones que el azul de Prusia necesita para volverse incoloro.

Nuestra técnica combina estas dos nanopartículas en una capa sólida sobre papel convencional. (También se puede aplicar a otros sólidos, incluyendo láminas de plástico y portaobjetos de vidrio). Cuando iluminamos el papel recubierto con luz ultravioleta, el dióxido de titanio produce electrones. Las partículas de azul de Prusia recogen esos electrones y cambian de color de azul a transparente.

La impresión se puede realizar a través de una máscara, que es una hoja de plástico transparente impresa con letras y patrones en negro. El papel comienza completamente azul. Cuando la luz ultravioleta atraviesa las áreas en blanco de la máscara, cambia las áreas correspondientes en el papel debajo en blanco, replicando la información de la máscara al papel. La impresión es rápida, tardando solo unos segundos en completarse.

La resolución es muy alta:puede producir patrones tan pequeños como 10 micrómetros, 10 veces más pequeño de lo que nuestros ojos pueden ver. El documento seguirá siendo legible durante más de cinco días. Su legibilidad se degradará lentamente, a medida que el oxígeno del aire toma electrones de las nanopartículas de azul de Prusia y las vuelve azules. La impresión también se puede realizar mediante un rayo láser, que escanea la superficie del papel y expone las áreas que deberían ser blancas, de una forma similar a como funcionan las impresoras láser de hoy.

Borrar una página es fácil:calentar el papel y la película a aproximadamente 120 grados Celsius (250 grados Fahrenheit) acelera la reacción de oxidación, borrar completamente el contenido impreso en unos 10 minutos. Esta temperatura es mucho más baja que la temperatura a la que se enciende el papel, por lo que no hay peligro de incendio. También es más baja que la temperatura involucrada en las impresoras láser actuales, que deben alcanzar unos 200 grados Celsius (392 grados Fahrenheit) para fusionar instantáneamente el tóner en el papel.

Estabilidad química mejorada

El uso del azul de Prusia como parte de este proceso ofrece una cantidad significativa de ventajas. Primero, es muy estable químicamente. Los papeles regrabables anteriores solían utilizar moléculas orgánicas como los principales materiales de cambio de color. pero se descomponen fácilmente después de ser expuestos a la luz ultravioleta durante la impresión. Como resultado, no permiten muchos ciclos de impresión y borrado.

Por el contrario, Las moléculas de azul de Prusia permanecen esencialmente intactas incluso después de una exposición prolongada a la luz ultravioleta. En nuestro laboratorio, hemos podido escribir y borrar una sola hoja más de 80 veces sin observar ningún cambio aparente en la intensidad del color o la velocidad del cambio.

Además, El azul de Prusia se puede modificar fácilmente para producir diferentes colores, por lo que el azul no es la única opción. Podemos cambiar la estructura química del pigmento, reemplazando parte de su hierro con cobre para hacer un pigmento verde, o reemplazar completamente el hierro con cobalto para hacer marrón. En el presente, podemos imprimir en un solo color a la vez.

A medida que desarrollamos más esta tecnología, Esperamos que el papel regrabable esté disponible para muchos usos de visualización de información. especialmente usos temporales como periódicos, revistas y carteles. Otros usos se extienden a la fabricación, cuidado de la salud e incluso organización simple, como hacer etiquetas regrabables.

Probablemente no sea factible esperar una sociedad completamente sin papeles, pero estamos trabajando para ayudar a las personas a usar mucho menos papel del que usan, y reutilizarlo más fácilmente cuando estén listas.

Este artículo se publicó originalmente en The Conversation. Lea el artículo original.