Un team di scienziati finlandesi ha trovato un nuovo modo per esaminare l'antica arte di mettere l'inchiostro su carta con dettagli 3D senza precedenti. La tecnica potrebbe migliorare la comprensione da parte degli scienziati di come l'inchiostro si attacca alla carta e, in definitiva, portare a una qualità superiore, prodotti stampati meno costosi e più rispettosi dell'ambiente.

Utilizzando moderne tecnologie a raggi X e laser, i ricercatori hanno creato una mappa in nanoscala dello spessore variabile dell'inchiostro del toner sulla carta. Hanno scoperto che le fibre di legno che sporgevano dalla carta ricevevano strati di inchiostro relativamente sottili. Generalmente, hanno anche scoperto che lo spessore del toner era dettato principalmente dai cambiamenti locali nella rugosità, piuttosto che le variazioni chimiche causate dalla finitura lucida irregolare della carta.

Il team descrive i propri risultati in un articolo pubblicato su Rivista di fisica applicata .

"Crediamo che questo dia nuove intuizioni, in particolare su come la topografia della carta influisce sull'impostazione o sul consolidamento dell'inchiostro, " ha detto Markko Myllys, un fisico applicato presso l'Università di Jyvaskyla in Finlandia. "Questo a sua volta ci aiuta a capire come dovrebbero essere realizzate le superfici stampate lucide e non lucide".

Intricate microstrutture di carta e inchiostro

Per ottenere un'immagine dettagliata dello spessore dell'inchiostro, i ricercatori hanno prima esaminato la carta sottostante con la microtomografia a raggi X, un cugino più piccolo della tecnologia di scansione TC utilizzata negli ospedali per produrre immagini dell'interno del corpo.

Per analizzare gli strati di inchiostro ciano, i ricercatori hanno utilizzato due tecnologie aggiuntive:profilometria ottica, che faceva rimbalzare un raggio di luce sulla superficie dell'inchiostro per ottenere un profilo superficiale, e ablazione laser, che eliminava quantità controllate di inchiostro con un laser per determinare la profondità dell'inchiostro.

Sebbene nessuna delle tecniche di imaging sia di per sé nuova, i ricercatori sono stati i primi a combinare tutti e tre per ottenere un completo, immagine 3D ad alta risoluzione delle complesse microstrutture di inchiostro e carta.

Le immagini finali ricordano un aspro paesaggio di montagna, con i picchi più alti che generalmente mostrano strati di inchiostro più sottili, e le valli che mostrano pozze più spesse.

I ricercatori hanno scoperto che il tipico strato di inchiostro era profondo circa 2,5 micrometri, circa 1/40 dello spessore di un foglio medio di carta, ma con variazioni spaziali relativamente grandi tra le aree più spesse e quelle più sottili.

Sapere come le variazioni topografiche influiscono sullo spessore dell'inchiostro aiuterà l'industria della stampa a creare inchiostri più ecologici e meno dispendiosi in termini di energia e ad ottimizzare la distribuzione delle dimensioni delle particelle di inchiostro, ha detto Mylly. Potrebbe anche aiutare l'industria della carta a progettare carta e imballaggi più sostenibili, ad esempio da componenti riciclati, pur mantenendo la qualità necessaria per far aderire bene l'inchiostro. Inoltre, l'industria della carta potrebbe utilizzare i risultati per aiutare a decidere il modo migliore per incorporare funzionalità intelligenti e nuove nella carta, ha detto Mylly.

Il team ritiene che i metodi di imaging utilizzati possano anche essere adattati per analizzare efficacemente le variazioni di spessore in altri tipi di film sottili, compresi quelli che si trovano nella microelettronica, rivestimenti antiusura e pannelli solari.

"Questo risultato può certamente essere generalizzato, e questo lo rende in realtà piuttosto interessante, " ha detto Myllys. "Le variazioni di spessore dei film sottili sono cruciali in molte applicazioni, ma l'analisi 3D è stata molto difficile o impossibile fino ad ora."