Desde sua invenção por volta de 100 a.C. na China, o papel como material de divulgação de informações contribuiu enormemente para o desenvolvimento e a difusão da civilização. Mesmo na era da informação de hoje, com a mídia eletrônica onipresente nos lares, escritórios e até mesmo nossos bolsos, o papel ainda desempenha um papel crítico.

Nossos cérebros processam as informações de maneira diferente no papel e na tela. As informações apresentadas no papel envolvem mais processamento emocional e produzem mais respostas cerebrais conectadas com sentimentos internos. Isso pode tornar o material impresso mais eficaz e mais memorável do que a mídia digital. Claro, o papel ainda é de uso comum, e o consumo global deve crescer.

Mas o uso de papel traz problemas ambientais e de sustentabilidade significativos. Por muitos anos, cientistas trabalharam para desenvolver mídias de leitura que tenham o formato de papel convencional, mas que possam ser reimpressas sem a necessidade de reciclagem industrial. Uma opção promissora tem sido revestir o papel com uma fina película de produtos químicos que mudam de cor quando expostos à luz. Mas esforços anteriores encontraram problemas como alto custo e alta toxicidade - sem mencionar a dificuldade de permanecer legível e de serem apagados para reutilização.

Meu grupo de pesquisa na Universidade da Califórnia, Riverside, em colaboração com Wenshou Wang na Universidade Shandong na China, desenvolveu recentemente um novo revestimento para papel normal que não precisa de tinta, e pode ser impresso com luz, apagado e reutilizado mais de 80 vezes. O revestimento combina as funções de dois tipos de nanopartículas, partículas 100, 000 vezes mais fino que um pedaço de papel; uma partícula é capaz de obter energia da luz e iniciar a mudança de cor da outra. Isso representa um passo importante para o desenvolvimento de papel reimpressível.

Efeitos ambientais do papel

Cerca de 35 por cento de todas as árvores cortadas no mundo são usadas para fazer papel e papelão. No mundo todo, a indústria de celulose e papel é o quinto maior consumidor de energia e usa mais água para produzir uma tonelada de produto do que qualquer outra indústria.

A extração da polpa consome grande quantidade de energia e pode envolver produtos químicos perigosos como a dioxina. A produção de papel resulta na emissão do fósforo nutriente. Este, por sua vez, aumenta o crescimento da planta, que pode consumir todo o oxigênio da água e matar qualquer animal.

Mesmo depois que o papel é feito, seu uso prejudica o meio ambiente. O transporte do papel de onde é feito para onde é usado gera poluição do ar. E fazer e usar tinta e toner também prejudica o meio ambiente, contaminando a água, envenenando o solo e destruindo os habitats naturais da vida selvagem.

Nosso método usa ingredientes não tóxicos e permite a reutilização repetida de papel, reduzindo assim os efeitos ambientais.

Mudando de cor

Ao desenvolver um revestimento para papel, é importante encontrar um que seja transparente, mas possa mudar de cor para algo visível - e vice-versa. Dessa maneira, qualquer texto ou imagem pode ser legível como em papel normal, mas também facilmente apagado.

Nosso método combina nanopartículas - partículas entre 1 e 100 nanômetros de tamanho - de dois materiais diferentes que podem mudar de transparentes para visíveis e vice-versa. O primeiro material é o azul da Prússia, um pigmento azul amplamente utilizado, mais conhecido como a cor azul em projetos arquitetônicos ou tintas. Nanopartículas de azul da Prússia normalmente aparecem em azul, claro, mas podem se tornar incolores quando recebem elétrons adicionais.

O segundo material são nanopartículas de dióxido de titânio. Quando exposto à luz ultravioleta, eles liberam os elétrons de que o azul da Prússia precisa para ficar incolor.

Nossa técnica combina essas duas nanopartículas em um revestimento sólido sobre papel convencional. (Também pode ser aplicado a outros sólidos, incluindo folhas de plástico e lâminas de vidro.) Quando iluminamos a luz ultravioleta no papel revestido, o dióxido de titânio produz elétrons. As partículas azuis da Prússia captam esses elétrons e mudam de cor de azul para claro.

A impressão pode ser feita através de máscara, que é uma folha de plástico transparente impressa com letras e padrões em preto. O papel começa totalmente azul. Quando a luz ultravioleta passa pelas áreas em branco da máscara, ele muda as áreas correspondentes no papel embaixo para branco, replicando as informações da máscara para o papel. A impressão é rápida, levando apenas alguns segundos para ser concluído.

A resolução é muito alta:pode produzir padrões tão pequenos quanto 10 micrômetros, 10 vezes menor do que nossos olhos podem ver. O artigo permanecerá legível por mais de cinco dias. Sua legibilidade irá degradar lentamente, à medida que o oxigênio do ar pega elétrons das nanopartículas azuis da Prússia e os transforma de volta ao azul. A impressão também pode ser feita com feixe de laser, que digitaliza a superfície do papel e expõe as áreas que deveriam ser brancas, de forma semelhante ao funcionamento das impressoras a laser de hoje.

Apagar uma página é fácil:aquecer o papel e o filme a cerca de 120 graus Celsius (250 graus Fahrenheit) acelera a reação de oxidação, apagando o conteúdo impresso completamente em cerca de 10 minutos. Esta temperatura é muito mais baixa do que a temperatura em que o papel inflama, portanto, não há perigo de incêndio. Também é mais baixa do que a temperatura envolvida nas impressoras a laser atuais, que precisa atingir cerca de 200 graus Celsius (392 graus Fahrenheit) para fundir instantaneamente o toner no papel.

Melhor estabilidade química

Usar o azul da Prússia como parte desse processo oferece um número significativo de vantagens. Primeiro, é altamente estável quimicamente. Artigos regraváveis ​​anteriores geralmente usavam moléculas orgânicas como os principais materiais de mudança de cor, mas eles se quebram facilmente após serem expostos à luz ultravioleta durante a impressão. Como resultado, eles não permitem muitos ciclos de impressão e apagamento.

Por contraste, As moléculas do azul da Prússia permanecem essencialmente intactas mesmo após a exposição de longo prazo à luz ultravioleta. Em nosso laboratório, Conseguimos escrever e apagar uma única folha mais de 80 vezes sem observar nenhuma mudança aparente na intensidade da cor ou na velocidade da mudança.

Além disso, O azul da Prússia pode ser facilmente modificado para produzir cores diferentes, então o azul não é a única opção. Podemos mudar a estrutura química do pigmento, substituindo parte de seu ferro por cobre para fazer um pigmento verde, ou substituindo inteiramente o ferro por cobalto para torná-lo marrom. Atualmente, podemos imprimir em apenas uma cor por vez.

À medida que desenvolvemos ainda mais essa tecnologia, esperamos disponibilizar papel regravável para muitos usos de exibição de informações, especialmente usos temporários, como jornais, revistas e pôsteres. Outros usos se estendem à fabricação, cuidados de saúde e até mesmo organização simples, como fazer etiquetas regraváveis.

Provavelmente não é viável esperar uma sociedade completamente sem papel, mas estamos trabalhando para ajudar as pessoas a usar muito menos papel do que o fazem - e reutilizá-lo com mais facilidade quando estiverem prontos.

Este artigo foi publicado originalmente em The Conversation. Leia o artigo original.