กระดาษชนิดใหม่ที่สามารถใช้และทำการใช้ใหม่ได้ถึงเกือบ 20 ครั้ง สิ่งที่มากกว่านั้นคือ มันไม่ต้องการหมึกเลย ผู้ออกแบบคิดว่า เทคโนโลยีใหม่นี้อาจจะช่วยลดขยะได้อีกหลายตัน และช่วยผู้คนในการประหยัดพลังงาน
สีย้อมพิเศษที่ถูกฝังไว้ในกระดาษทำให้มันสามารถพิมพ์ได้และเขียนใหม่ได้ด้วย สีย้อมจะเปลี่ยนจากสีมืดไปเป็นใสและกลับมาใหม่เมื่อปฏิกิริยาทางเคมีทำการเคลื่อนอิเล็กตรอนไปรอบๆ สารเคมีที่เปลี่ยนสีไปมาของกระดาษ นั่นคือปฏิกิริยารีดอกซ์
การออกซิเดชั่นเป็นการนำหนึ่งอิเล็กตรอนหรือมากกว่านั้นออกไปจากโมเลกุล สนิมนั้นเป็นตัวอย่างหนึ่งของการเกิดออกซิเดชั่น “เมื่อเหล็กเกิดสนิมขึ้นในอากาศ อิเล็กตรอนของมันจะเคลื่อนตัวไปสู่ออกซิเจนอะตอมที่อยู่ใกล้ๆ” Yadong Yin อธิบาย ซึ่งเขาเป็นนักเคมีที่ University of California, Riverside
การเกิดรีดักชั่นคือสิ่งที่ตรงข้ามกับการเกิดออกซิเดชั่น มันเป็นการเติมหนึ่งอิเล็กตรอนหรือมากกว่านั้นเข้าไป เมื่อสนิมเกิดการออกซิไดซ์เหล็ก กระบวนการรีดักชั่นจะเกิดขึ้นกับออกซิเจนอะตอมที่อยู่ใกล้ๆ นั่นหมายความว่า พวกมันจะได้รับอิเล็กตรอนเพิ่ม และแสดงประจุติดลบ
เมื่อสีย้อมในกระดาษชนิดใหม่นี้ถูกออกซิไดซ์ มันจะปรากฏเป็นสีน้ำเงิน สีแดง หรือสีเขียว (สีที่เกิดขึ้นขึ้นอยู่กับสีย้อมที่อยู่ในกระดาษ) เมื่อสีย้อมบางส่วนถูกทำการรีดิวซ์ สีเหล่านั้นก็จะหายไป การควบคุมสองปฏิกิริยานี้ทำให้มันสามารถแสดงอักษรพิมพ์ได้ และทำการลบเพื่อนำไปใช้ใหม่ได้ด้วย
พื้นฐานเริ่มต้นของกระดาษในการศึกษานี้คือ พลาสติกใสๆ ซึ่งทำให้พวกเราเห็นได้ว่ากระดาษนั้นทำงานได้อย่างไร แต่เทคโนโลยีนี้สามารถถูกใช้ในแก้วและกระดาษทั่วไปได้ด้วย ตราบใดที่มันมีสีย้อมแบบรีด็อกซ์อยู่
มันทำงานได้อย่างไร
เริ่มต้นกระดาษที่มีสีย้อมจะถูกออกซิไดซ์จนหมด และนั่นทำให้เกิดสีขึ้น คริสตัลในระดับนาโนของไทเทเนียมไดออกไซด์จะเคลือบอยู่บริเวณผิวของกระดาษ
ในการที่จะพิมพ์อะไรบางอย่างนั้น นักวิทยาศาสตร์ได้ทำการเคลือบกระดาษที่มีสีนี้ด้วยตัวอักษรหรือภาพบนพื้นที่ทะลุโปร่งแสง คุณอาจจะคิดว่ามันเป็นลายฉลุ หรือหน้ากากก็ได้ ถัดไปนักวิทยาศาสตร์จะทำการฉายแสงยูวีไปบนหน้ากากนั้น แสงจะทำการกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยารีดักซั่นบริเวณที่กระดาษไม่ได้เกิดการฉายแสง ซึ่งนั้นทำให้สีนั้นหายไป
“แค่เพียงส่วนที่เกิดการออกซิไดซ์เท่านั้นซึ่งถูกเคลือบไว้ด้วยหน้ากากลายฉลุที่ยังคงแสดงสีที่เข้มอยู่” Yin อธิบาย บริเวณเหล่านั้นคือการพิมพ์ ดังนั้นการเขียนก็จะเสร็จสิ้นลงโดยการใช้แสง และกระบวนการริดิวซ์ทุกพื้นที่นั้นจะทำให้เป็นกระดาษเปล่า
ถ้าหากจะเริ่มใช้อีกครั้งหนึ่ง กระดาษนั้นจะต้องกลับมาเป็นแผ่นสีทึบอีกครั้ง ออกซิเจนในอากาศจะทำให้สิ่งนี้เกิดขึ้น ออกซิเจนจะทำการดึงอิเล็กตรอนจากพื้นที่ที่ไม่มีการพิมพ์ แต่คุณไม่ต้องการให้สิ่งนี้เกิดขึ้นเป็นครั้งที่สองหลังจากที่คุณได้ทำการพิมพ์ไปแล้ว มนุษย์ต้องการเวลาที่จะอ่านสิ่งที่พิมพ์ไปเป็นอันดับแรก
เซลลูโลสชนิดพิเศษในกระดาษจะทำการชะลอการหายไปของตัวอักษรพิมพ์ เซลลูโลสนี้จะทำให้ออกซิเจนทำปฏิกิริยากับสีย้อมได้ยากขึ้น การพิมพ์สามารถคงอยู่ได้เป็นเวลากว่าสองวัน
ในทางกลับกัน คนบางคนต้องการที่จะใช้กระดาษนี้ใหม่อีกครั้งหนึ่ง ความร้อนจะช่วยเร่งเวลาการลบให้เร็วขึ้น ที่อุณหภูมิหนึ่ง การออกซิเดชั่นสามารถเปลี่ยนกระดาษทั้งหมดให้เป็นสีทึบได้ภายในห้านาทีหรือน้อยกว่านั้น ทีมวิจัยของ Yin ได้อธิบายการค้นพบนี้ไว้เมื่อวันที่ 2 ธันวาคม ใน Nature communications
ยังมีงานที่ต้องศึกษาต่อไป
Howen Lee กล่าวว่า “ทีมวิจัยของ Yin ได้เลือกส่วนประกอบอย่างชาญฉลาญสำหรับเทคโนโลยีใหม่นี้เพื่อที่จะทำให้มันสร้างผลงานได้เป็นอย่างดี” “นั่นทำให้กระดาษชนิดใหม่นี้มีความสำคัญ” เขากล่าว ในทางกลับกัน กระดาษสามารถถูกพิมพ์ได้ มันไม่กลับเป็นสีทึบอีกครั้งในทันที และกระดาษสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้
Lee เป็นวิศวกรที่ Seoul National University ในประเทศเกาหลีและไม่ได้มีส่วนเกี่ยวข้องกับงานวิจัยใหม่ในครั้งนี้ แต่เขารู้งานของ Yin ในความเป็นจริงแล้ว Lee ร่วมงานกับ Yin และนักวิทยาศาสตร์อื่นๆ ในปี 2009 ในโครงการอื่น การศึกษานั้นเกี่ยวกับแสงทำปฏิกิริยากับคริสตัลระดับนาโนได้อย่างไร สิ่งนี้เกิดขึ้นได้ในธรรมชาติกับปีกของผีเสื้อและขนของนกยูง ทีมวิจัยต้องการที่เรียนรู้เกี่ยวกับวิทยาศาสตร์ของกระบวนการทางธรรมชาติ กลุ่มนี้จึงได้ทำการตีพิมพ์การค้นพบของเขาใน Nature Photonics
Lee กล่าวว่า “โครงการของ Yin ในตอนนี้เป็นงานทางวิศวกรรมที่ละเอียดมากขึ้น” มันไม่ได้แสดงถึงวิทยาศาสตร์พื้นฐาน แต่มันเหนือกว่านั้น มันใช้หลักทางด้านวิทยาศาสตร์เข้าไปในเนื้องาน กระดาษที่สามารถเขียนใหม่ได้มีจุดประสงค์ที่จะช่วยเหลือผู้คนได้ในชีวิตจริง
กระดาษนั้นสามารถแสดงด้วยสีฟ้า สีเขียว หรือสีแดง แต่การพิมพ์แบบครบทุกสีนั้นยังไม่สามารถทำได้ ในการที่จะทำสิ่งนี้ นักวิทยาศาสตร์ต้องหาทางผสมสีย้อม
ปัญหาอื่นคือ คนบางคนไม่สามารถอ่านบทความได้ทันทีและตัดสินใจจะเก็บมันไว้ในกระดาษชนิดใหม่นี้เพื่ออ่านหลังจากนั้น แต่พื้นที่ของกระดาษทั้งหมดนั้นจะเป็นสีทึบไปภายในสองวัน
“อย่างไรก็ตาม การประหยัดเงินและข้อดีทางด้านทรัพยากรของกระดาษที่พิมพ์ซ้ำได้นั้นมีมากมาย” Yin กล่าว การใช้กระดาษที่ลดลงช่วยให้เราถนอมผืนป่าไว้ Yin ยังบอกอีกด้วยว่า การใช้กระดาษที่น้อยลงไม่เพียงแต่ลดปริมาณขยะจากวัสดุสิ่งพิมพ์แต่ยังลดมลภาวะทางสารเคมีจำนวนมากอีกด้วย
แต่ตอนนี้ อย่าเพิ่งทิ้งคอมพิวเตอร์พกพาและเครื่องพิมพ์ของพวกคุณ กระดาษที่พิมพ์ซ้ำได้อีกครั้งนั้นยังมีหนทางอีกยาวไกลก่อนที่มันจะพร้อมนำมาใช้ในบ้าน โรงเรียน หรือในสำนักงาน
ที่มา:
K. Kowalski. “Invisible plastic ‘ink’ foils counterfeiters.” Science News for Students. Aug. 25, 2014.
J. Weeks. “Chemistry: Clean and green.” Science News for Students. Aug. 1, 2014.
S. Ornes. “Explainer: How and why fires burn.” Science News for Students. March 14, 2014.
E. Sohn. “Earth-friendly fabrics.” Science News for Students. Dec. 11, 2006.
Original journal source: W. Wang et al. “Photocatalytic colour switching of redox dyes for ink-free light-printable rewritable paper.” Nature Communications. Vol. 5. Published online, December 2, 2014. doi: 10.1038/ncomms6459.
Original journal source: H. Kim et al. “Structural colour printing using a magnetically tunable and lithographically fixable photonic crystal,”Nature Photonics. Vol. 3, p. 534. Published online, August 23, 2009. doi:10.1038/nphoton.2009.141.
VIDEO: Yin Group, University of California, Riverside. “Chemists at the University of California, Riverside fabricate novel rewritable paper.”
ที่มา : http://www.vcharkarn.com/vnews/501617
