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南京邮电大学黄维院士、赵强教授研究团队在动态金属-配体配位用于多色再写纸研究方面取得进展
2018-01-12 来源:中国流变网    点击次数:1295次    

  纸张一直以来是人类记录、传播文明最重要的媒介。传统的纸张只能一次性使用,而大量地使用纸张会造森林砍伐、固废处理、环境污染、能源消耗等诸多问题。因此,发展具有环境友好、价格低廉、节约资源等优势的再写纸意义重大。然而,如何在再写纸上实现保存时间长的多色喷墨打印还是一个尚未突破的技术难题。

  近日,南京邮电大学黄维院士、赵强教授研究团队在利用金属-配体动态配位原理实现多色、水相打印再写纸方面取得了突破性进展。2018年1月9日,《Nature Communications》在线刊登了他们的最新研究成果(Dynamic metal-ligand coordination for multicolour and water-jet rewritable paper)。该工作发表后被Nature的“Research Highlights”栏目选为研究亮点,以“Printer paper comes clean — over and over again”为题对其进行了专题报道。此外,Natureasia、Chemical & Engineering News、PHYS&ORG等多家国际权威媒体相继报道该研究工作,引起广泛关注。成果第一作者为南京邮电大学马云副教授与博士生佘鹏飞

图1. 再写纸多色、水相打印与擦除过程

  在此项研究中,团队研究人员将三联吡啶配体与聚合物膜(PEG-PPG-PEG)涂于滤纸上,用不同的金属盐水溶液作为墨水,喷墨打印图案或文本时会与纸上的配体配位,从而使纸张改变颜色。由于可用的金属盐种类丰富,因此可以打印出丰富多彩的颜色。进一步,利用纯水可以调控配位键引起发光颜色的改变,从而实现绿色环保的无墨喷水打印

图2. (a)再写纸结构示意图;(b-c)手绘与喷墨打印图片

  如图2所示,再写纸由四层结构组成:底层为滤纸基底;第二层是由PEG-PPG-PEG构成的隔离层;中间层是由PEG-PPG-PEG和配体组成的成像层;涂覆在顶端的PEG-PPG-PEG为再写纸的保护层。用不同的金属盐水溶液作为墨水,在制备的再写纸上通过手绘或喷墨打印的方式可得到色彩丰富的图片。氟化物与金属离子间的强作用力能够解离金属-配体配位键消除颜色,从而达到擦除图像重复使用的目的。

图3. 再写纸水相打印的过程与原理

  该团队研究人员发现纯水能够调控配合物配位键引起发光颜色的改变。如图3a所示,在配合物四氢呋喃溶液中加入少量水溶液,其发光颜色从橙红色变为天蓝色。进一步,该团队研究人员利用纯水作为墨水在所制备的再写纸上打印“南京邮电大学”六个汉字,所打印的文字在六个月后仍然清晰可见。把再写纸加热到65 °C约30分钟便可将纸上记录的信息擦除。

  总之,该团队利用金属-配体动态配位这一原理发展了可彩色打印并能长久保存的再写纸制备技术。该项研究将来有望为绿色打印技术发展提供指导与借鉴。

  论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-017-02452-w

 
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