变换颜色

  在开发纸的涂层的过程中，重要的是找到一个透明但是可以变换颜色、并且能再变回去的涂层。这样，任何文本和图像都会像出现在普通的纸上一样让我们进行阅读，并且还很容易抹去。

  我们的方法结合了纳米颗粒——大小在一到一百纳米之间的粒子——两种材料可以实现从无色到有色的变换，并且还能再变回来。第一个材料是普鲁士蓝，一种被广泛使用的蓝色色素，因常被用于建筑蓝图或油墨上而被人熟知。普鲁士蓝纳米颗粒通常显蓝色，但是当提供额外的电子时它可以变成无色。

  第二个材料是二氧化钛纳米颗粒。当暴露于紫外线下时，它们会释放普鲁士蓝转为无色时所需要的电子。

  我们的技术将这两种纳米颗粒结合在了传统纸张上的一层固态涂层中。（它也可以应用于其他固体，包括塑料板材和载玻片。）当紫外线照射到涂有涂层的纸上，二氧化钛就会产生电子。普鲁士蓝粒子收集这些电子，然后将颜色从蓝色变为无色。

  印刷可以通过一个遮罩完成，它是一个印有黑色字母和图案的无色的塑料薄膜。纸张一开始完全是蓝色的。当紫外线经过遮罩上的空白区域时，它会改变纸上相应的区域使其变为白色，将遮罩上的信息复制到纸上。印刷过程很快，仅需几秒钟就能完成。

  分辨率是极高的：它可以产生小至十微米的图案，这比我们肉眼能看到的要小十倍。纸会保持可读性超过五天。之后其可读性会慢慢降低，因为空气中的氧气会带走普鲁士蓝纳米颗粒上的电子，然后将它们变回蓝色。印刷还可以通过激光完成，扫描整张纸的表面然后将应该变白的地方暴露在外，这和现在的激光打印机的工作原理相似。

  擦除一个页面是很容易的：将纸和薄膜加热到大约一百二十摄氏度（二百五十华氏度），加速氧化反应，大约十分钟内就可以完全消除印刷的内容。这个温度要远低于纸的燃点，所以不会有火灾的危险。它比当今的激光打印机所涉及到的温度还要低，激光打印机需要达到大约二百摄氏度（三百九十二华氏度）来让碳粉快速熔化到纸上。

  改良的化学稳定性

  使用普鲁士蓝作为此过程的一部分提供了很多优势。首先，它有高度的化学稳定性。以前可重写的纸张通常使用有机分子作为主要变色材料，但是它们在印刷过程中遇光会容易分解。结果是，它们并不能被循环印刷和擦除很多次。

  相比之下，普鲁士蓝粒子在长时间暴露于紫外线下的情况下，仍能保持完好无损。在我们的实验室中，我们已经可以在一张纸上写和擦除超过八十次，并且没有看到任何颜色的亮度或者转换的速度有明显的变化。

  此外，普鲁士蓝易于修改，能产出不同的颜色，所以蓝色不是唯一的选择。我们可以改变色素的化学结构，将一些铁替换成铜来制造绿色颜料，或将整个铁都替换成钴来产生棕色颜料。现在，我们每次只能使用一种颜色。

  当我们进一步开发这个技术的时候，我们希望可重复写的纸张可以用于显示信息，特别是作为报纸、杂志和海报等时效性较短的阅读工具的材料。此外，这一技术的用途还可以扩展到制造业、医疗保健业，甚至可以被用于制作可重复写的标签。

  完全不使用普通纸张并不现实，但我们希望帮助人们大大地减少纸的用量。