Een team van Finse wetenschappers heeft een nieuwe manier gevonden om de oude kunst van het inkt op papier zetten in ongekende 3D-details te onderzoeken. De techniek kan het inzicht van wetenschappers in hoe inkt aan papier hecht, verbeteren en uiteindelijk leiden tot een hogere kwaliteit, goedkoper en milieuvriendelijker drukwerk.

Met behulp van moderne röntgen- en lasertechnologieën, de onderzoekers maakten een kaart op nanoschaal van de variërende dikte van tonerinkt op papier. Ze ontdekten dat houtvezels die uit het papier steken relatief dunne inktlagen kregen. In het algemeen, ze ontdekten ook dat de tonerdikte voornamelijk werd bepaald door de lokale veranderingen in ruwheid, in plaats van de chemische variaties die worden veroorzaakt door de ongelijkmatige glanzende afwerking van het papier.

Het team beschrijft hun resultaten in een paper gepubliceerd in de Tijdschrift voor Toegepaste Natuurkunde .

"Wij geloven dat dit nieuwe inzichten geeft, vooral over hoe de topografie van papier de inktinstelling of -consolidatie beïnvloedt, " zei Markko Myllys, een toegepast natuurkundige aan de Universiteit van Jyvaskyla in Finland. "Dit helpt ons op zijn beurt te begrijpen hoe glanzende en niet-glanzende bedrukte oppervlakken moeten worden gemaakt."

Ingewikkelde inkt- en papiermicrostructuren

Om hun gedetailleerde beeld van inktdikte te bereiken, de onderzoekers onderzochten eerst het onderliggende papier met röntgenmicrotomografie, een kleinere neef van de CT-scantechnologie die in ziekenhuizen wordt gebruikt om beelden van de binnenkant van het lichaam te maken.

Om de cyaan inktlagen te analyseren, gebruikten de onderzoekers twee aanvullende technologieën:optische profilometrie, die een lichtstraal weerkaatste van het oppervlak van de inkt om een ​​oppervlakteprofiel te verkrijgen, en laserablatie, die gecontroleerde hoeveelheden inkt wegzapte met een laser om de inktdiepte te bepalen.

Hoewel geen van de beeldvormende technieken zelf nieuw is, de onderzoekers waren de eersten die ze alle drie combineerden om een ​​compleet, 3D-afbeelding met hoge resolutie van de ingewikkelde microstructuren van inkt en papier.

De uiteindelijke beelden lijken op een ruig berglandschap, waarbij de hogere pieken over het algemeen dunnere inktlagen vertonen, en de valleien met dikkere poelen.

De onderzoekers ontdekten dat de typische inktlaag ongeveer 2,5 micrometer diep was, ongeveer 1/40 van de dikte van een gemiddeld vel papier, maar met relatief grote ruimtelijke variaties tussen de dikste en dunste gebieden.

Weten hoe topografische variaties de inktdikte beïnvloeden, zal de grafische industrie helpen om milieuvriendelijkere en minder energieverslindende inkt te creëren en de grootteverdeling van inktdeeltjes te optimaliseren, zei Myllys. Het zou de papierindustrie ook kunnen helpen bij het ontwerpen van duurzamer papier en verpakkingen, bijvoorbeeld van gerecyclede onderdelen, met behoud van de kwaliteit die nodig is om de inkt goed te laten hechten. Aanvullend, de papierindustrie zou de bevindingen kunnen gebruiken om te helpen beslissen hoe slimme en nieuwe functies het beste in papier kunnen worden verwerkt, zei Myllys.

Het team is van mening dat de gebruikte beeldvormingsmethoden ook kunnen worden aangepast om de diktevariaties in andere soorten dunne films effectief te analyseren. inclusief die gevonden in micro-elektronica, slijtvaste coatings en zonnepanelen.

"Dit resultaat kan zeker worden veralgemeend, en dat maakt het eigenlijk best interessant, Myllys zei. "Diktevariaties van dunne films zijn cruciaal in veel toepassingen, maar de 3D-analyse was tot nu toe erg moeilijk of onmogelijk."