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종이 생산의 나쁜 환경 영향을 막기 위한 노력의 일환으로, 새로운 연구의 연구자들은 120 °C (250 °F)까지 가열하여 지워지고 80회 이상 재작성되는 UV 빛으로 인쇄할 수 있는 광 인쇄 용지를 개발했다. 빛으로 인쇄하는 비결은 나노 입자의 색상 변화 화학에 있다. 나노 입자의 얇은 코팅은 기존의 종이에 쉽게 적용할 수 있기 때문에 빛을 인쇄할 수 있는 형태로 변형할 수 있다. 웬소우 왕 (Wenshou Wang) 박사 및 중국 산동 대학, 리버 사이드 캘리포니아 대학교, 로렌스 버클리 국립 연구소 (Lawrence Berkeley National Laboratory)의 공저자들은 최근 발행된 나노 레터스 (Nano Letters)에서 광 인쇄 가능하고 재기록이 가능한 종이에 관한 논문을 발표했다. '우리 연구의 가장 큰 의미는 기존의 종이와 같은 느낌과 외관을 지니고 있지만 잉크로 인쇄할 수있는 잉크가 없는 광 인쇄 가능한 재기록 용지를 생산하기 위해 새로운 종류의 고체 상태의 가역 색상 전환 시스템을 개발하는 것이다. 잉크를 추가할 필요없이 반복적으로 지워진다'라고 리버 사이드 캘리포니아 대학의 화학 교수인 야동 윈 (Yadong Yin) 박사가 말했다. 또한 그는 '우리의 연구는 현대 사회에 엄청난 경제적, 환경적 이익을 가져다 줄 것을 믿는다'고 전했다. 현재 종이 생산과 처분은 환경에 큰 부정적인 영향을 미치고 있다. 종이 생산은 산업 공해의 주요 원천이며, 폐기된 종이는 매립지의 주요 구성 요소 (약 40 %)이며, 재활용 종이조차도 잉크 제거 공정으로 인한 공해를 야기한다. 또한 삼림 벌채 문제가 있다. 미국에서는 수확된 모든 나무의 약 1/3이 종이 및 판지 생산에 사용된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 연구원들은 일회용 종이의 대안을 조사해 왔다. 한 가지 가능성은 과거에는 빛에 노출되었을 때 특정 화학 물질의 색상 전환 능력을 활용하는 것이었는데, 이 방법은 안정성, 제한된 가역성, 높은 비용, 독성 및 일반 다공성 종이에 대한 코팅의 적용면에서 어려움에 직면해 왔다. 새로운 연구에서 개발된 광 인쇄가능 종이는 이러한 모든 영역에서 향상되어 정보가 인쇄되고 짧은 시간 동안 필요한 모든 매체를 포함할 수 있는 응용 프로그램에 더 가까운 기술을 제공한다. '우리는 재기록 가능한 종이가 신문, 잡지, 포스터, 메모장, 필기 이젤, 제품 수명 표시기, 산소 센서, 다양한 응용 프로그램용 재기록 레이블과 같은 임시 정보 기록 및 판독과 관련된 많은 실제 응용들을 가지고 있다고 믿는다 rdquo;고 윈 박사가 전했다. 새로운 코팅은 두 종류의 나노 입자로 이루어져 있다. 프러시안 블루 (Prussian blue)는 전자를 얻을 때 무색으로 변하는 저렴한 비용의 무독성 파란색 안료이다. 또한 이산화 티타늄 (TiO2)는 자외선 노출시 화학 반응을 촉진하는 광촉매 물질이다. 프러시안 블루와 TiO2 나노 입자가 균일하게 혼합되어 종이에 코팅되면 인쇄되지 않은 일반 용지는 파란색으로 나타난다. 텍스트 또는 이미지를 인쇄하기 위해 용지는 UV 광에 노출되어 TiO2 나노 입자를 광 증폭한다. 이러한 나노 입자는 인접한 프러시안 블루 나노 입자에 의해 흡수된 전자를 방출하며, 이는 파란색에서 무색으로 변한다. 무색 배경의 파란색 텍스트가 파란색 배경의 무색 텍스트보다 더 쉽게 읽을 수 있기 때문에 일반적으로 빛으로 인쇄되어 무색으로 변하는 텍스트가 아닌 배경이다 (비록 종이가 파란 배경에 무색 텍스트로 보이도록 '역 인쇄'될 수 도 있음). 파란색 이외의 다른 색상은 다양한 색상의 프러시안 블루 아날로그를 사용하여 얻을 수도 있다. 인쇄가 끝나면 용지는 최소 5 일 동안 고해상도 (5- mu;m)로 구성을 유지한 다음 주변 조건에서 산화를 통해 서서히 청색으로 희미해진다. 용지를 더 빨리 지우려면 약 10 분 동안 용지를 가열하여 단색의 상태로 되돌릴 수 있다. 연구자들은 상업용 규모로 생산될 때 광 인쇄 용지가 저렴할 것이라고 예측한다. '광 인쇄 가능한 종이는 실제로 기존의 종이로 비용 경쟁력이 있다'고 윈 박사가 말했다. '도료는 저렴하고 침지 또는 분무와 같은 간단한 공정을 통해 기존의 종이 표면에 도료를 적용할 수 있으므로 제조원가가 낮을 것으로 예상된다. 또한 인쇄 공정은 기존의 가장 중요한 것은 인쇄 가능한 용지를 80 번 이상 재사용할 수 있기 때문에 전체 비용을 크게 줄일 수 있다는 것이다'라고 윈 박사가 설명했다. 향후 계획은 이 기술을 실제 사용에 가깝게 만드는 데 중점을 두고 있다. '우리의 즉각적인 다음 단계는 이 재기록 가능한 용지로 작업하여 빠른 인쇄를 가능하게 하는 레이저 프린터를 만드는 것이다'라고 윈 박사가 말했다. 또한 그는 '풀 컬러 인쇄 실현을 위한 효과적인 방법을 모색할 것이다'라고 말했다. 참고 자료: Wenshou Wang et al. 'Photocatalytic Color Switching of Transition Metal Hexacyanometalate Nanoparticles for High-Performance Light-Printable Rewritable Paper.' Nano Letters. DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b03909 |
