Desde a sua invenção por volta de 100 aC na China, o papel como material de divulgação de informações contribuiu grandemente para o desenvolvimento e disseminação da civilização. Mesmo na era da informação de hoje, com a mídia eletrônica onipresente em residências, escritórios e até mesmo em nossos bolsos, o papel ainda desempenha um papel fundamental.
Nossos cérebros processam informações de maneira diferente no papel e na tela. As informações apresentadas no papel envolvem mais processamento emocional e produzem mais respostas cerebrais relacionadas a sentimentos internos. Isso pode tornar o material impresso mais eficaz e mais memorável do que a mídia digital. É claro que o papel ainda é de uso comum e o consumo global deve crescer.
Mas o uso de papel vem com problemas ambientais e de sustentabilidade significativos. Por muitos anos, os cientistas têm trabalhado para desenvolver meios de leitura que tenham o formato de papel convencional, mas que possam ser reimpressos sem primeiro terem que ser reciclados industrialmente. Uma opção promissora foi revestir o papel com uma película fina de produtos químicos que mudam de cor quando expostos à luz. Mas os esforços anteriores encontraram problemas como alto custo e alta toxicidade - sem mencionar a dificuldade de permanecer legível e ser apagada para reutilização.
Meu grupo de pesquisa na Universidade da Califórnia, Riverside, em colaboração com Wenshou Wang, da Universidade de Shandong, na China, desenvolveu recentemente um novo revestimento para papel comum que não precisa de tinta e pode ser impresso com luz, apagado e reutilizado por mais de 80 vezes. O revestimento combina as funções de dois tipos de nanopartículas, partículas 100.000 vezes mais finas que um pedaço de papel; uma partícula é capaz de obter energia da luz e inicia a mudança de cor da outra. Isso representa um passo importante para o desenvolvimento de papel reimpressível.
Efeitos ambientais do papel
Cerca de 35% de todas as árvores colhidas no mundo são usadas para fazer papel e papelão. Em todo o mundo, 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 de celulose consome grandes quantidades de energia e pode envolver produtos químicos perigosos como a dioxina. A produção de papel resulta na emissão do fósforo nutriente. Isso, por sua vez, aumenta o crescimento das plantas, que podem consumir todo o oxigênio da água e matar qualquer vida animal.
Mesmo depois de feito o papel, seu uso prejudica o meio ambiente. Transporte de papel de onde é feito para onde é usado gera poluição do ar. E fazer e usar tinta e toner também prejudicam o meio ambiente, contaminando a água, envenenando o solo e destruindo os habitats naturais da vida selvagem.
Nosso método utiliza ingredientes não tóxicos e permite a reutilização repetida de papel, reduzindo assim os efeitos ambientais.
Comutação de cores
Ao desenvolver um revestimento para papel, é importante encontrar um que seja transparente, mas que possa mudar a cor para algo visível - e vice-versa. Dessa forma, qualquer texto ou imagem pode ser legível como em papel normal, mas também pode ser facilmente apagado.
Nosso método combina nanopartículas - partículas entre 1 e 100 nanômetros de tamanho - de dois materiais diferentes que podem mudar de claro para visível e vice-versa. O primeiro material é o azul da Prússia, um pigmento azul amplamente usado, mais conhecido como a cor azul em plantas arquitetônicas ou tintas. As nanopartículas azuis da Prússia normalmente parecem azuis, é claro, mas podem se tornar incolores quando são fornecidas com elétrons adicionais.
O segundo material é nanopartículas de dióxido de titânio. Quando expostos à luz ultravioleta, eles liberam os elétrons que o azul da Prússia precisa para ficar sem cor.
Nossa técnica combina essas duas nanopartículas em um revestimento sólido em papel convencional. (Ele também pode ser aplicado a outros sólidos, incluindo folhas de plástico e lâminas de vidro.) Quando lançamos luz ultravioleta no papel revestido, o dióxido de titânio produz elétrons. As partículas azuis prussianas captam esses elétrons e mudam de cor de azul para claro.
A impressão pode ser feita através de uma máscara, que é uma folha plástica transparente impressa com letras e padrões em preto. O papel começa inteiramente azul. Quando a luz UV passa através das áreas em branco na máscara, ela muda as áreas correspondentes no papel embaixo em branco, replicando as informações da máscara para o papel. A impressão é rápida, levando apenas alguns segundos para ser concluída.
A resolução é muito alta: ela pode produzir padrões tão pequenos quanto 10 micrômetros, 10 vezes menores do que nossos olhos podem ver. O papel permanecerá legível por mais de cinco dias. Sua legibilidade se degradará lentamente, à medida que o oxigênio no ar receber elétrons das nanopartículas azuis da Prússia e transformá-los de volta ao azul. A impressão também pode ser feita usando um feixe de laser, que digitaliza toda a superfície do papel e expõe as áreas que devem ser brancas, de forma semelhante ao funcionamento atual das impressoras a laser.
É fácil apagar uma página: o aquecimento do papel e do filme a cerca de 120 graus Celsius (250 graus Fahrenheit) acelera a reação de oxidação, apagando completamente o conteúdo impresso em cerca de 10 minutos. Esta temperatura é muito inferior à temperatura na qual o papel se inflama, por isso não há perigo de incêndio. Também é menor que a temperatura envolvida nas atuais impressoras a laser, que precisam atingir cerca de 200 graus Celsius (392 graus Fahrenheit) para fundir instantaneamente o toner no papel.
Estabilidade química melhorada
Usar o azul da Prússia como parte deste processo oferece um número significativo de vantagens. Primeiro, é altamente quimicamente estável. Papéis re-graváveis anteriores usavam moléculas orgânicas como os principais materiais de mudança de cor, mas quebram facilmente após serem expostos à luz ultravioleta durante a impressão. Como resultado, eles não permitem muitos ciclos de impressão e apagamento.
Em contraste, as moléculas azuis da Prússia permanecem essencialmente intactas mesmo após exposição prolongada 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 troca.
Além disso, o azul da Prússia pode ser facilmente modificado para produzir cores diferentes, por isso o azul não é a única opção. Podemos mudar a estrutura química do pigmento, substituindo um pouco de seu ferro por cobre para fazer um pigmento verde, ou substituindo totalmente o ferro por cobalto para fazer o marrom. Atualmente, podemos imprimir em apenas uma cor por vez.
À medida que desenvolvemos essa tecnologia ainda mais, esperamos disponibilizar o papel regravável para muitos usos da exibição de informações, especialmente usos temporários, como jornais, revistas e cartazes. Outros usos se estendem à manufatura, assistência médica e até organização simples, como a criação de etiquetas regraváveis.
Provavelmente não é possível esperar por uma sociedade totalmente sem papel, mas estamos trabalhando para ajudar as pessoas a usar muito menos papel do que elas - e mais facilmente reutilizá-las quando estiverem prontas.
Este artigo foi originalmente publicado no The Conversation.
Yadong Yin, professor de Química da Universidade da Califórnia, Riverside.
