紙張一直以來是人類記錄、傳播文明最重要的媒介。傳統(tǒng)的紙張只能一次性使用，而大量地使用紙張會造森林砍伐、固廢處理、環(huán)境污染、能源消耗等諸多問題。因此，發(fā)展具有環(huán)境友好、價(jià)格低廉、節(jié)約資源等優(yōu)勢的再寫紙意義重大。然而，如何在再寫紙上實(shí)現(xiàn)保存時(shí)間長的多色噴墨打印還是一個(gè)尚未突破的技術(shù)難題。
近日，南京郵電大學(xué)黃維院士、趙強(qiáng)教授研究團(tuán)隊(duì)在利用金屬-配體動態(tài)配位原理實(shí)現(xiàn)多色、水相打印再寫紙方面取得了突破性進(jìn)展。2018年1月9日，《Nature Communications》在線刊登了他們的最新研究成果（Dynamic metal-ligand coordination for multicolour and water-jet rewritable paper）。該工作發(fā)表后被Nature的“Research Highlights”欄目選為研究亮點(diǎn)，以“Printer paper comes clean — over and over again”為題對其進(jìn)行了專題報(bào)道。此外，Natureasia、Chemical & Engineering News、PHYS&ORG等多家國際權(quán)威媒體相繼報(bào)道該研究工作，引起廣泛關(guān)注。成果第一作者為南京郵電大學(xué)馬云副教授與博士生佘鵬飛。
圖1. 再寫紙多色、水相打印與擦除過程
在此項(xiàng)研究中，團(tuán)隊(duì)研究人員將三聯(lián)吡啶配體與聚合物膜（PEG-PPG-PEG）涂于濾紙上，用不同的金屬鹽水溶液作為墨水，噴墨打印圖案或文本時(shí)會與紙上的配體配位，從而使紙張改變顏色。由于可用的金屬鹽種類豐富，因此可以打印出豐富多彩的顏色。進(jìn)一步，利用純水可以調(diào)控配位鍵引起發(fā)光顏色的改變，從而實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保的無墨噴水打印。
圖2. （a）再寫紙結(jié)構(gòu)示意圖；（b-c）手繪與噴墨打印圖片
如圖2所示，再寫紙由四層結(jié)構(gòu)組成：底層為濾紙基底；第二層是由PEG-PPG-PEG構(gòu)成的隔離層；中間層是由PEG-PPG-PEG和配體組成的成像層；涂覆在頂端的PEG-PPG-PEG為再寫紙的保護(hù)層。用不同的金屬鹽水溶液作為墨水，在制備的再寫紙上通過手繪或噴墨打印的方式可得到色彩豐富的圖片。氟化物與金屬離子間的強(qiáng)作用力能夠解離金屬-配體配位鍵消除顏色，從而達(dá)到擦除圖像重復(fù)使用的目的。
圖3. 再寫紙水相打印的過程與原理
該團(tuán)隊(duì)研究人員發(fā)現(xiàn)純水能夠調(diào)控配合物配位鍵引起發(fā)光顏色的改變。如圖3a所示，在配合物四氫呋喃溶液中加入少量水溶液，其發(fā)光顏色從橙紅色變?yōu)樘焖{(lán)色。進(jìn)一步，該團(tuán)隊(duì)研究人員利用純水作為墨水在所制備的再寫紙上打印“南京郵電大學(xué)”六個(gè)漢字，所打印的文字在六個(gè)月后仍然清晰可見。把再寫紙加熱到65 °C約30分鐘便可將紙上記錄的信息擦除。
總之，該團(tuán)隊(duì)利用金屬-配體動態(tài)配位這一原理發(fā)展了可彩色打印并能長久保存的再寫紙制備技術(shù)。該項(xiàng)研究將來有望為綠色打印技術(shù)發(fā)展提供指導(dǎo)與借鑒。
