Китайские исследователи разработали перезаписываемую бумагу, менять цвет которой можно с помощью температуры или инфракрасного излучения. Бумага выдерживает более сотни циклов перезаписи с небольшим изменением насыщенности цвета, а записанные на нее изображения сохраняются на протяжении как минимум полугода, рассказывают авторы статьи в ACS Applied Materials & Interfaces.

Существует немало технологий, призванных заменить собой обычную бумагу, которая до сих пор применяется повсеместно. К примеру, уже есть экспериментальные и серийные экраны, которые можно складывать и даже растягивать, не разрушая их. Кроме того, существует электронная бумага, не использующая собственную подсветку, и поэтому визуально напоминающая обычную бумагу. Тем не менее, пока эти технологии не достигли такой же стоимости, тонкости и других важных параметров, как у бумаги.

Часть ученых и инженеров работают в другом направлении и пытаются создать не замену бумаги, а ее более совершенную версию, в том числе перезаписываемую. В этой области уже существует достаточно много разработок, работающих на разных принципах. Некоторые работают за счет нагревания или облучения, другие требуют обработки раствором солей. Но пока у таких разработок есть серьезные недостатки, которые чаще всего касаются самого важного свойства бумаги — сохранения информации на протяжении долгого времени. Как правило, перезаписываемая бумага сохраняет изображение в течение нескольких дней, а также теряет свои свойства уже через несколько десятков циклов записи.

Группа исследователей под руководством Вэя Чжана (Wei Zhang) из Фуцзяньского педагогического университета создала новый вид перезаписываемой бумаги, обладающий высоким ресурсом, а также простой в производстве. Созданная учеными бумага состоит из трех слоев. В центре располагается обычная бумага, а на нее с одной стороны наносится термохромный слой, а с другой черный фототермический тонер. Именно термохромный слой придает бумаге перезаписываемые свойства. Он состоит из трех соединений: цветообразователя, проявителя и растворителя.

Пример изменения цвета, схема создания бумаги, а также ее структура / Luzhuo Chen et al. / ACS Applied Materials & Interfaces, 2018

Принцип работы бумаги основан на фазовом переходе в термохромном слое. Изначально при комнатной температуре он имеет синий цвет. После нагревания выше 65 градусов Цельсия растворитель переходит в жидкое состояние, из-за чего цветообразователь (донор электронов) и цветопроявитель (акцептор электронов) разделяются и структура молекулы цветообразователя меняется, в результате чего он становится бесцветным. Поскольку цветообразователь и проявитель растворяются в растворителе, температура затвердевания всего раствора понижается и бесцветность сохраняется до температуры −10 градусов Цельсия, когда вещества рекристаллизуются и взаимодействие между ними возобновляется. Из-за такого гистерезисного характера превращения бумага сохраняет свой цвет при комнатной температуре.

Изменение структуры молекулы при изменении температуры / Luzhuo Chen et al. / ACS Applied Materials & Interfaces, 2018

Исследователи предложили несколько вариантов использования бумаги. К примеру, на ней можно писать электротермической ручкой с нагреваемым наконечником, в таком случае рисунок будет выполнен белым цветом, а фон будет синим. Также можно с помощью облучения тонера на обратной стороне инфракрасным цветом через трафарет создавать рисунок, выполненный одним из двух цветов, в зависимости от формы изображения.

Гистерезис при изменении цвета / Luzhuo Chen et al. / ACS Applied Materials & Interfaces, 2018

Разработчики напечатали различные изображения на бумаге, показав, что они могут быть достаточно четкими, чтобы, к примеру, содержать QR-код и даже текст. Исследователи проверили свойства бумаги и выяснили, что спектр поглощения красителя слабо меняется даже после сотни циклов перезаписи, а полугодовая выдержка изображения слабо влияет на его сохранность.

В прошлом году китайские ученые предложили использовать материалы с перовскитной структурой в качестве основного элемента симпатических чернил, которые можно перевести в состояние, в котором они становятся видны при облучении ультрафиолетом, с помощью химической активации. А при необходимости их можно перевести обратно в неактивное состояние.