Den mikroskopiske topografi af blæk på papir

Et hold finske videnskabsmænd har fundet en ny måde at undersøge den ældgamle kunst at sætte blæk på papir i hidtil usete 3D-detaljer. Teknikken kan forbedre forskernes forståelse af, hvordan blæk klæber til papir og i sidste ende føre til højere kvalitet, billigere og mere miljøvenlige trykte produkter.

Ved hjælp af moderne røntgen- og laserbaserede teknologier, forskerne lavede et kort i nanoskala over den varierende tykkelse af tonerblæk på papir. De opdagede, at træfibre, der stak ud fra papiret, fik relativt tynde belægninger af blæk. Generelt, de fandt også ud af, at tonertykkelsen hovedsageligt var dikteret af de lokale ændringer i ruhed, snarere end de kemiske variationer forårsaget af papirets ujævne blanke finish.

Holdet beskriver deres resultater i et papir offentliggjort i Journal of Applied Physics .

"Vi tror på, at dette giver ny indsigt, især om hvordan papirets topografi påvirker blækindstillingen eller konsolideringen, " sagde Markko Myllys, en anvendt fysiker ved universitetet i Jyväskylä i Finland. "Dette hjælper os igen med at forstå, hvordan blanke og ikke-blanke trykte overflader skal laves."

Indviklede blæk- og papirmikrostrukturer

For at opnå deres detaljerede billede af blæktykkelsen, forskerne undersøgte først det underliggende papir med røntgenmikrotomografi, en mindre fætter til CT-scanningsteknologien, der bruges på hospitaler til at producere billeder af kroppens indre.

For at analysere de cyan blæklag, forskerne brugte yderligere to teknologier:optisk profilometri, som afviste en lysstråle fra blækkets overflade for at opnå en overfladeprofil, og laserablation, som zappede kontrollerede mængder blæk væk med en laser for at bestemme blækdybden.

Selvom ingen af ​​billeddannelsesteknikkerne i sig selv er nye, forskerne var de første til at kombinere alle tre for at opnå en komplet, 3D-billede i høj opløsning af de indviklede blæk- og papirmikrostrukturer.

De sidste billeder ligner et forrevne bjerglandskab, hvor de højere toppe generelt viser tyndere belægninger af blæk, og dalene viser tykkere bassiner.

Forskerne fandt ud af, at det typiske blæklag var cirka 2,5 mikrometer dybt, omkring 1/40 af tykkelsen af ​​et gennemsnitligt ark papir, men med relativt store rumlige variationer mellem det tykkeste og det tyndeste område.

At vide, hvordan topografiske variationer påvirker blæktykkelsen, vil hjælpe trykkeriindustrien med at skabe mere miljøvenlig og mindre energikrævende blæk og optimere størrelsesfordelingen af ​​blækpartikler, sagde Myllys. Det kunne også hjælpe papirindustrien med at designe mere bæredygtigt papir og emballage, for eksempel fra genbrugskomponenter, samtidig med at den bevarer den nødvendige kvalitet for at få blækket til at klæbe godt. Derudover papirindustrien kunne bruge resultaterne til at hjælpe med at beslutte, hvordan man bedst kan inkorporere smarte og nye funktioner i papir, sagde Myllys.

Holdet mener, at de billeddannelsesmetoder, de brugte, også kan tilpasses til effektivt at analysere tykkelsesvariationerne i andre typer tynde film, inklusive dem, der findes i mikroelektronik, slidstærke belægninger og solpaneler.

"Dette resultat kan bestemt generaliseres, og det gør det faktisk ret interessant, " sagde Myllys. "Tykkelsesvariationer af tynde film er afgørende i mange applikationer, men 3D-analysen har været meget vanskelig eller umulig indtil nu."