變換顏色

  在開發紙的涂層的過程中，重要的是找到一個透明但是可以變換顏色、并且能再變回去的涂層。這樣，任何文本和圖像都會像出現在普通的紙上一樣讓我們進行閱讀，并且還很容易抹去。

  我們的方法結合了納米顆粒——大小在一到一百納米之間的粒子——兩種材料可以實現從無色到有色的變換，并且還能再變回來。第一個材料是普魯士藍，一種被廣泛使用的藍色色素，因常被用于建筑藍圖或油墨上而被人熟知。普魯士藍納米顆粒通常顯藍色，但是當提供額外的電子時它可以變成無色。

  第二個材料是二氧化鈦納米顆粒。當暴露于紫外線下時，它們會釋放普魯士藍轉為無色時所需要的電子。

  我們的技術將這兩種納米顆粒結合在了傳統紙張上的一層固態涂層中。（它也可以應用于其他固體，包括塑料板材和載玻片。）當紫外線照射到涂有涂層的紙上，二氧化鈦就會產生電子。普魯士藍粒子收集這些電子，然后將顏色從藍色變為無色。

  印刷可以通過一個遮罩完成，它是一個印有黑色字母和圖案的無色的塑料薄膜。紙張一開始完全是藍色的。當紫外線經過遮罩上的空白區域時，它會改變紙上相應的區域使其變為白色，將遮罩上的信息復制到紙上。印刷過程很快，僅需幾秒鐘就能完成。

  分辨率是極高的：它可以產生小至十微米的圖案，這比我們肉眼能看到的要小十倍。紙會保持可讀性超過五天。之后其可讀性會慢慢降低，因為空氣中的氧氣會帶走普魯士藍納米顆粒上的電子，然后將它們變回藍色。印刷還可以通過激光完成，掃描整張紙的表面然后將應該變白的地方暴露在外，這和現在的激光打印機的工作原理相似。

  擦除一個頁面是很容易的：將紙和薄膜加熱到大約一百二十攝氏度（二百五十華氏度），加速氧化反應，大約十分鐘內就可以完全消除印刷的內容。這個溫度要遠低于紙的燃點，所以不會有火災的危險。它比當今的激光打印機所涉及到的溫度還要低，激光打印機需要達到大約二百攝氏度（三百九十二華氏度）來讓碳粉快速熔化到紙上。

  改良的化學穩定性

  使用普魯士藍作為此過程的一部分提供了很多優勢。首先，它有高度的化學穩定性。以前可重寫的紙張通常使用有機分子作為主要變色材料，但是它們在印刷過程中遇光會容易分解。結果是，它們并不能被循環印刷和擦除很多次。

  相比之下，普魯士藍粒子在長時間暴露于紫外線下的情況下，仍能保持完好無損。在我們的實驗室中，我們已經可以在一張紙上寫和擦除超過八十次，并且沒有看到任何顏色的亮度或者轉換的速度有明顯的變化。

  此外，普魯士藍易于修改，能產出不同的顏色，所以藍色不是唯一的選擇。我們可以改變色素的化學結構，將一些鐵替換成銅來制造綠色顏料，或將整個鐵都替換成鈷來產生棕色顏料。現在，我們每次只能使用一種顏色。

  當我們進一步開發這個技術的時候，我們希望可重復寫的紙張可以用于顯示信息，特別是作為報紙、雜志和海報等時效性較短的閱讀工具的材料。此外，這一技術的用途還可以擴展到制造業、醫療保健業，甚至可以被用于制作可重復寫的標簽。

  完全不使用普通紙張并不現實，但我們希望幫助人們大大地減少紙的用量。