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  紙張一直以來(lái)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(huì)造森林砍伐、固廢處理、環(huán)境污染、能源消耗等諸多問(wèn)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(shì)的再寫(xiě)紙意義重大。然而，如何在再寫(xiě)紙上實(shí)現(xiàn)保存時(shí)間長(zhǎng)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(dòng)態(tài)配位原理實(shí)現(xiàn)多色、水相打印再寫(xiě)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(duì)其進(jìn)行了專題報(bào)道。此外，Natureasia、Chemical & Engineering News、PHYS&ORG等多家國(guó)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(xiě)紙多色、水相打印與擦除過(guò)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(huì)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(wú)墨噴水打印。

圖2. （a）再寫(xiě)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(xiě)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(xiě)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(xiě)紙上通過(guò)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(xiě)紙水相打印的過(guò)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(xiě)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(jiàn)。把再寫(xiě)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(dòng)態(tài)配位這一原理發(fā)展了可彩色打印并能長(zhǎng)久保存的再寫(xiě)紙制備技術(shù)。該項(xiàng)研究將來(lái)有望為綠色打印技術(shù)發(fā)展提供指導(dǎo)與借鑒。

  論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-017-02452-w