音頻科普:-熱敏紙的科學(xué)用途
發(fā)布時(shí)間:2020-11-26
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音頻科普:-熱敏紙的科學(xué)用途

說起熱敏紙,大家可能會(huì)覺得比較陌生。事實(shí)上,它在商場(chǎng)、超市都扮演著重要的角色。比如當(dāng)你到商場(chǎng)購物,挑選好需要的商品并支付完畢后,收銀員為你打印出的購物小票,就是使用的這種紙。那么,熱敏紙有什么獨(dú)特之處嗎?這張購物小票又是如何打印出來的呢??

  我們通常所說的打印,就是通過特定的方式將油墨傳送到紙張的特定區(qū)域,從而得到我們想要的文字或者圖形。構(gòu)成紙張的化學(xué)物質(zhì)對(duì)任何顏色的光都沒有明顯吸收,因此當(dāng)光線從紙張表面反射進(jìn)入到我們的眼中時(shí),我們就會(huì)看到紙是白色的。而油墨中的顏料或者染料能夠?qū)⒖梢姽庵心承┥踔寥款伾墓馕?,這樣當(dāng)油墨涂到紙的表面上后,白紙的表面就帶上了顏色。我們?cè)诩抑谢蛘咿k公室中使用的打印機(jī)主要是噴墨打印機(jī)和激光打印機(jī)兩種。噴墨打印機(jī)是將油墨的微小液滴噴射到紙張上,而激光打印機(jī)則是通過靜電吸引的方法,先將碳粉吸附到光鼓上,再將它們轉(zhuǎn)移到紙上。?

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

  與普通的紙張相比,熱敏紙的表面多了一層薄薄的涂層,其中含有一些特殊的化學(xué)物質(zhì),叫做隱色染料。隱色染料本身是無色的,所以新買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,它們就會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),新產(chǎn)生的物質(zhì)能夠吸收可見光,于是我們就看到了顏色。例如結(jié)晶紫內(nèi)酯等許多物質(zhì),雖然本身無色,一旦遇到酸性物質(zhì)就會(huì)變成紫色,遇到堿性物質(zhì)又會(huì)重新變成無色。也就是說,當(dāng)我們用熱敏紙打印時(shí),油墨并不是儲(chǔ)存在打印機(jī)中,而是已經(jīng)覆蓋在紙上了。?

  不過,結(jié)晶紫內(nèi)酯等隱色染料雖然很容易與酸發(fā)生反應(yīng),但它在室溫下是固體,分子們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,那么盡管大家親密接觸,在室溫下卻可以長時(shí)間相安無事。因此,我們可以把這些在室溫下是固體的隱色染料與另外一種酸性物質(zhì)的固體研磨成細(xì)小的粉末,混合后涂抹到紙張表面,就得到了熱敏紙。在室溫下,熱敏紙看起來與普通的紙張并沒有什么區(qū)別;一旦溫度升高,隱色染料和酸性物質(zhì)相繼熔化成液體,能夠自由活動(dòng)的分子相遇就立刻發(fā)生反應(yīng),于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——只有溫度高到一定程度才會(huì)讓紙張變色。?

  有了熱敏紙,要想在它表面打印出文字或者圖形,還需要特殊的打印機(jī)配合,這就是熱敏打印機(jī)。如果你有機(jī)會(huì)拆開熱敏打印機(jī),就會(huì)發(fā)現(xiàn)它的內(nèi)部構(gòu)造非常簡單:沒有墨盒,主要的部件就是滾筒和打印頭。用于打印小票的熱敏紙通常會(huì)做成一卷一卷的。當(dāng)一卷熱敏紙放入打印機(jī)后,它會(huì)在滾筒的帶動(dòng)下向前傳送,與打印頭相接觸。打印頭的表面有許多微小的半導(dǎo)體元件,可以根據(jù)我們要打印的文字或者圖形對(duì)紙張的特定區(qū)域進(jìn)行加熱。在熱敏紙與打印頭發(fā)生接觸的那一瞬間,打印頭產(chǎn)生的高溫使得熱敏紙表面的染料和酸性物質(zhì)一起熔化成液體并發(fā)生化學(xué)反應(yīng),于是紙的表面出現(xiàn)了文字或者圖形。在滾筒的帶動(dòng)下,一張購物小票就被打印了出來了。?

  熱敏打印機(jī)的工作原理簡單來說,就是熱敏紙?jiān)跐L筒的帶動(dòng)下向前運(yùn)動(dòng),與打印頭接觸時(shí),打印頭產(chǎn)生的熱量熔化熱敏紙表面的染料和酸,二者發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后產(chǎn)生顏色。?

  為什么商家要使用熱敏紙和熱敏打印機(jī)來打印購物小票,而不是用我們更熟悉的激光或者噴墨式打印機(jī)呢??

  首先,激光或者噴墨式打印機(jī)都需要復(fù)雜的裝置將墨水或者碳粉從打印機(jī)轉(zhuǎn)移到紙張上,這兩種打印機(jī)的體積都比較龐大,且通常需要使用交流電作為電源;而商家往往需要體積比較小巧的打印機(jī),特別是在戶外或者飛機(jī)、火車等交通工具上出售商品時(shí),扛著笨重的打印機(jī)為顧客打印收據(jù)顯然是不現(xiàn)實(shí)的。其次,激光或者噴墨打印機(jī)更換墨盒或者碳粉往往費(fèi)時(shí)費(fèi)力,如果因此耽誤了顧客結(jié)賬,這也是商家和消費(fèi)者都非常不愿意看到的。?

  如果使用熱敏打印機(jī)和熱敏紙來代替激光或者噴墨式打印機(jī),這些問題就迎刃而解了。由于油墨已經(jīng)被預(yù)先儲(chǔ)存在了紙上,熱敏打印機(jī)不再需要復(fù)雜的構(gòu)造來儲(chǔ)存和傳輸油墨,可以做到非常小巧。而且它可以使用電池驅(qū)動(dòng),非常適合商家攜帶,特別是在戶外或者交通工具上為顧客打印收據(jù)。由于構(gòu)造簡單,熱敏打印機(jī)維護(hù)起來也非常容易,使用者不需要擔(dān)心更換墨盒,只要在紙張用完時(shí)迅速換上一卷新的熱敏紙就可以了,這就保證了顧客不會(huì)因此耽誤太久的時(shí)間。另外,熱敏打印機(jī)打印速度快、噪音低,非常適合于在商場(chǎng)內(nèi)使用。正是由于這些優(yōu)點(diǎn),熱敏打印不僅成為打印購物小票首選的方式,也經(jīng)常被用來打印門票、標(biāo)簽甚至傳真。?

  熱敏紙也有一個(gè)比較大的缺陷,那就是用它打印出的文檔存放一段時(shí)間后,上面的字跡會(huì)逐漸褪去。而褪色之所以發(fā)生,也是由于熱敏紙使用的獨(dú)特的染料。前面我們提到,覆蓋在熱敏紙上的隱色染料在室溫下是無色的,高溫時(shí)由于發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)而變成了另外一種具有顏色的結(jié)構(gòu)。然而這種新的結(jié)構(gòu)并不是那么穩(wěn)定,遇到合適的條件又會(huì)回到之前無色的結(jié)構(gòu)。比如我們前面提到的結(jié)晶紫內(nèi)酯,遇到酸性物質(zhì)會(huì)變成有色的結(jié)構(gòu),然而這種有色的結(jié)構(gòu)遇到堿性物質(zhì)又會(huì)重新變成無色。一張購物小票打印出來之后,在保存的過程中可能會(huì)與環(huán)境中形形色色的化學(xué)物質(zhì)相接觸,還可能會(huì)遇到日曬或者高溫,這些都有可能導(dǎo)致熱敏紙上的染料重新回到無色的形式,使得小票褪色。?

  為了解決這個(gè)問題,許多熱敏紙的生產(chǎn)廠商會(huì)在染料層之上再額外添加一層保護(hù)層,盡量減少染料與其他化學(xué)物質(zhì)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(huì)增加熱敏紙的成本,因此還會(huì)有商家繼續(xù)使用沒有保護(hù)層的普通熱敏紙。如果你擔(dān)心手中的購物小票存放久了會(huì)褪色,及時(shí)用復(fù)印或者掃描的辦法留存副本不失為一個(gè)好的辦法。?

  近年來,熱敏紙由于含有雙酚A而引發(fā)了許多消費(fèi)者的擔(dān)憂。雙酚A是一種酸性物質(zhì),因此被用在熱敏紙中在高溫下與隱色染料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)從而產(chǎn)生顏色;除此之外,雙酚A更多地作為制造某些塑料或者涂層的原料。因此雙酚A進(jìn)入人體的主要的途徑是用這些容器盛放食物時(shí),微量的雙酚A隨著食物一起進(jìn)入人體。不過近些年來也有研究表明,接觸用熱敏紙打印的票據(jù)也可能導(dǎo)致雙酚A進(jìn)入人體。例如一項(xiàng)最新研究表明,長時(shí)間接觸熱敏紙后,尿液中的雙酚A含量會(huì)有所增加。由于雙酚A的化學(xué)結(jié)構(gòu)與人體分泌的主要的雌激素——雌二醇比較相似,人們擔(dān)心它進(jìn)入人體后可能會(huì)干擾正常的內(nèi)分泌,從而增加許多疾病發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。但需要指出的是,通過食物和熱敏紙進(jìn)入人體的雙酚A的濃度都非常低,現(xiàn)有的研究還難以確認(rèn)它會(huì)對(duì)人體的健康造成什么樣的影響。不過,盡管目前雙酚A還沒有被禁止用于生產(chǎn)熱敏紙,許多廠家已經(jīng)開始使用別的酸性物質(zhì)來替代。?

  如果你擔(dān)心由于接觸購物小票而導(dǎo)致微量的雙酚A進(jìn)入體內(nèi),那比較可行的預(yù)防辦法是收到小票后就盡快將它單獨(dú)存放起來而不要過多接觸,同時(shí)在接觸小票后洗凈雙手。當(dāng)然,用電子收據(jù)取代紙質(zhì)收據(jù)或許是更加健康環(huán)保的方式。?

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