音頻科普:-熱敏紙的科學用途
發布時間:2020-11-26
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音頻科普:-熱敏紙的科學用途

說起熱敏紙,大家可能會(hui) 覺得比較陌生。事實上,它在商場、超市都扮演著重要的角色。比如當你到商場購物,挑選好需要的商品並支付完畢後,收銀員為(wei) 你打印出的購物小票,就是使用的這種紙。那麽(me) ,熱敏紙有什麽(me) 獨特之處嗎?這張購物小票又是如何打印出來的呢? 

  我們(men) 通常所說的打印,就是通過特定的方式將油墨傳(chuan) 送到紙張的特定區域,從(cong) 而得到我們(men) 想要的文字或者圖形。構成紙張的化學物質對任何顏色的光都沒有明顯吸收,因此當光線從(cong) 紙張表麵反射進入到我們(men) 的眼中時,我們(men) 就會(hui) 看到紙是白色的。而油墨中的顏料或者染料能夠將可見光中某些甚至全部顏色的光吸收,這樣當油墨塗到紙的表麵上後,白紙的表麵就帶上了顏色。我們(men) 在家中或者辦公室中使用的打印機主要是噴墨打印機和激光打印機兩(liang) 種。噴墨打印機是將油墨的微小液滴噴射到紙張上,而激光打印機則是通過靜電吸引的方法,先將碳粉吸附到光鼓上,再將它們(men) 轉移到紙上。 

  然而,購物小票的打印卻不是通過這樣的方式進行的,它采用了一種特殊的紙張——熱敏紙。 

  與(yu) 普通的紙張相比,熱敏紙的表麵多了一層薄薄的塗層,其中含有一些特殊的化學物質,叫做隱色染料。隱色染料本身是無色的,所以新買(mai) 來的熱敏紙看上去和普通的紙張一樣潔白。然而,一旦遇到合適的條件,它們(men) 就會(hui) 發生化學反應,新產(chan) 生的物質能夠吸收可見光,於(yu) 是我們(men) 就看到了顏色。例如結晶紫內(nei) 酯等許多物質,雖然本身無色,一旦遇到酸性物質就會(hui) 變成紫色,遇到堿性物質又會(hui) 重新變成無色。也就是說,當我們(men) 用熱敏紙打印時,油墨並不是儲(chu) 存在打印機中,而是已經覆蓋在紙上了。 

  不過,結晶紫內(nei) 酯等隱色染料雖然很容易與(yu) 酸發生反應,但它在室溫下是固體(ti) ,分子們(men) 都被牢牢地束縛在自己的位置上。如果接觸到的酸也是固體(ti) ,那麽(me) 盡管大家親(qin) 密接觸,在室溫下卻可以長時間相安無事。因此,我們(men) 可以把這些在室溫下是固體(ti) 的隱色染料與(yu) 另外一種酸性物質的固體(ti) 研磨成細小的粉末,混合後塗抹到紙張表麵,就得到了熱敏紙。在室溫下,熱敏紙看起來與(yu) 普通的紙張並沒有什麽(me) 區別;一旦溫度升高,隱色染料和酸性物質相繼熔化成液體(ti) ,能夠自由活動的分子相遇就立刻發生反應,於(yu) 是白紙上很快就顯示出了顏色。這也就是熱敏紙得名的原因——隻有溫度高到一定程度才會(hui) 讓紙張變色。 

  有了熱敏紙,要想在它表麵打印出文字或者圖形,還需要特殊的打印機配合,這就是熱敏打印機。如果你有機會(hui) 拆開熱敏打印機,就會(hui) 發現它的內(nei) 部構造非常簡單:沒有墨盒,主要的部件就是滾筒和打印頭。用於(yu) 打印小票的熱敏紙通常會(hui) 做成一卷一卷的。當一卷熱敏紙放入打印機後,它會(hui) 在滾筒的帶動下向前傳(chuan) 送,與(yu) 打印頭相接觸。打印頭的表麵有許多微小的半導體(ti) 元件,可以根據我們(men) 要打印的文字或者圖形對紙張的特定區域進行加熱。在熱敏紙與(yu) 打印頭發生接觸的那一瞬間,打印頭產(chan) 生的高溫使得熱敏紙表麵的染料和酸性物質一起熔化成液體(ti) 並發生化學反應,於(yu) 是紙的表麵出現了文字或者圖形。在滾筒的帶動下,一張購物小票就被打印了出來了。 

  熱敏打印機的工作原理簡單來說,就是熱敏紙在滾筒的帶動下向前運動,與(yu) 打印頭接觸時,打印頭產(chan) 生的熱量熔化熱敏紙表麵的染料和酸,二者發生化學反應後產(chan) 生顏色。 

  為(wei) 什麽(me) 商家要使用熱敏紙和熱敏打印機來打印購物小票,而不是用我們(men) 更熟悉的激光或者噴墨式打印機呢? 

  首先,激光或者噴墨式打印機都需要複雜的裝置將墨水或者碳粉從(cong) 打印機轉移到紙張上,這兩(liang) 種打印機的體(ti) 積都比較龐大,且通常需要使用交流電作為(wei) 電源;而商家往往需要體(ti) 積比較小巧的打印機,特別是在戶外或者飛機、火車等交通工具上出售商品時,扛著笨重的打印機為(wei) 顧客打印收據顯然是不現實的。其次,激光或者噴墨打印機更換墨盒或者碳粉往往費時費力,如果因此耽誤了顧客結賬,這也是商家和消費者都非常不願意看到的。 

  如果使用熱敏打印機和熱敏紙來代替激光或者噴墨式打印機,這些問題就迎刃而解了。由於(yu) 油墨已經被預先儲(chu) 存在了紙上,熱敏打印機不再需要複雜的構造來儲(chu) 存和傳(chuan) 輸油墨,可以做到非常小巧。而且它可以使用電池驅動,非常適合商家攜帶,特別是在戶外或者交通工具上為(wei) 顧客打印收據。由於(yu) 構造簡單,熱敏打印機維護起來也非常容易,使用者不需要擔心更換墨盒,隻要在紙張用完時迅速換上一卷新的熱敏紙就可以了,這就保證了顧客不會(hui) 因此耽誤太久的時間。另外,熱敏打印機打印速度快、噪音低,非常適合於(yu) 在商場內(nei) 使用。正是由於(yu) 這些優(you) 點,熱敏打印不僅(jin) 成為(wei) 打印購物小票首選的方式,也經常被用來打印門票、標簽甚至傳(chuan) 真。 

  熱敏紙也有一個(ge) 比較大的缺陷,那就是用它打印出的文檔存放一段時間後,上麵的字跡會(hui) 逐漸褪去。而褪色之所以發生,也是由於(yu) 熱敏紙使用的獨特的染料。前麵我們(men) 提到,覆蓋在熱敏紙上的隱色染料在室溫下是無色的,高溫時由於(yu) 發生了化學反應而變成了另外一種具有顏色的結構。然而這種新的結構並不是那麽(me) 穩定,遇到合適的條件又會(hui) 回到之前無色的結構。比如我們(men) 前麵提到的結晶紫內(nei) 酯,遇到酸性物質會(hui) 變成有色的結構,然而這種有色的結構遇到堿性物質又會(hui) 重新變成無色。一張購物小票打印出來之後,在保存的過程中可能會(hui) 與(yu) 環境中形形色色的化學物質相接觸,還可能會(hui) 遇到日曬或者高溫,這些都有可能導致熱敏紙上的染料重新回到無色的形式,使得小票褪色。 

  為(wei) 了解決(jue) 這個(ge) 問題,許多熱敏紙的生產(chan) 廠商會(hui) 在染料層之上再額外添加一層保護層,盡量減少染料與(yu) 其他化學物質的接觸,讓用熱敏紙打印出來的文檔能保存得更久。但是這種方法會(hui) 增加熱敏紙的成本,因此還會(hui) 有商家繼續使用沒有保護層的普通熱敏紙。如果你擔心手中的購物小票存放久了會(hui) 褪色,及時用複印或者掃描的辦法留存副本不失為(wei) 一個(ge) 好的辦法。 

  近年來,熱敏紙由於(yu) 含有雙酚A而引發了許多消費者的擔憂。雙酚A是一種酸性物質,因此被用在熱敏紙中在高溫下與(yu) 隱色染料發生化學反應從(cong) 而產(chan) 生顏色;除此之外,雙酚A更多地作為(wei) 製造某些塑料或者塗層的原料。因此雙酚A進入人體(ti) 的主要的途徑是用這些容器盛放食物時,微量的雙酚A隨著食物一起進入人體(ti) 。不過近些年來也有研究表明,接觸用熱敏紙打印的票據也可能導致雙酚A進入人體(ti) 。例如一項最新研究表明,長時間接觸熱敏紙後,尿液中的雙酚A含量會(hui) 有所增加。由於(yu) 雙酚A的化學結構與(yu) 人體(ti) 分泌的主要的雌激素——雌二醇比較相似,人們(men) 擔心它進入人體(ti) 後可能會(hui) 幹擾正常的內(nei) 分泌,從(cong) 而增加許多疾病發生的風險。但需要指出的是,通過食物和熱敏紙進入人體(ti) 的雙酚A的濃度都非常低,現有的研究還難以確認它會(hui) 對人體(ti) 的健康造成什麽(me) 樣的影響。不過,盡管目前雙酚A還沒有被禁止用於(yu) 生產(chan) 熱敏紙,許多廠家已經開始使用別的酸性物質來替代。 

  如果你擔心由於(yu) 接觸購物小票而導致微量的雙酚A進入體(ti) 內(nei) ,那比較可行的預防辦法是收到小票後就盡快將它單獨存放起來而不要過多接觸,同時在接觸小票後洗淨雙手。當然,用電子收據取代紙質收據或許是更加健康環保的方式。 

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