Visualisation 3D de la couche de toner sur le papier couché. Les zones bleu foncé montrent de fines couches de toner, tandis que le jaune montre des couches plus épaisses. Crédit :Markko Myllys/Université de Jyvaskyla
Une équipe de scientifiques finlandais a trouvé une nouvelle façon d'examiner l'art ancien de mettre de l'encre sur du papier avec des détails 3D sans précédent. La technique pourrait améliorer la compréhension des scientifiques sur la façon dont l'encre adhère au papier et finalement conduire à une meilleure qualité, des produits imprimés moins chers et plus respectueux de l'environnement.
En utilisant des technologies modernes à rayons X et laser, les chercheurs ont créé une carte à l'échelle nanométrique de l'épaisseur variable de l'encre de toner sur papier. Ils ont découvert que les fibres de bois dépassant du papier recevaient des couches d'encre relativement minces. En général, ils ont également découvert que l'épaisseur du toner était principalement dictée par les changements locaux de rugosité, plutôt que les variations chimiques causées par la finition brillante inégale du papier.
L'équipe décrit ses résultats dans un article publié dans le Journal de physique appliquée .
"Nous pensons que cela donne un nouvel aperçu, en particulier sur l'impact de la topographie du papier sur la prise ou la consolidation de l'encre, " a déclaré Markko Myllys, un physicien appliqué à l'Université de Jyvaskyla en Finlande. "Cela nous aide à comprendre comment les surfaces imprimées brillantes et non brillantes doivent être fabriquées."
Microstructures complexes d'encre et de papier
Pour obtenir leur image détaillée de l'épaisseur de l'encre, les chercheurs ont d'abord examiné le papier sous-jacent avec une microtomographie aux rayons X, un petit cousin de la technologie de tomodensitométrie utilisée dans les hôpitaux pour produire des images de l'intérieur du corps.
Pour analyser les couches d'encre cyan, les chercheurs ont utilisé deux technologies supplémentaires :la profilométrie optique, qui fait rebondir un faisceau lumineux sur la surface de l'encre pour obtenir un profil de surface, et ablation laser, qui a éliminé des quantités contrôlées d'encre avec un laser pour déterminer la profondeur d'encre.
Cette série animée d'images montre une feuille de papier imprimée alors qu'un laser enlève progressivement les couches d'encre noire. Les variations de rugosité du papier font que certaines zones deviennent plus claires beaucoup plus tôt que d'autres. Crédit :Markko Myllys/Université de Jyvaskyla
Bien qu'aucune des techniques d'imagerie ne soit en soi nouvelle, les chercheurs ont été les premiers à combiner les trois pour obtenir un image 3D haute résolution des microstructures complexes de l'encre et du papier.
Les images finales ressemblent à un paysage de montagne accidenté, avec les pics les plus élevés montrant généralement des couches d'encre plus minces, et les vallées montrant des mares plus épaisses.
Les chercheurs ont découvert que la couche d'encre typique était d'environ 2,5 micromètres de profondeur, environ 1/40 de l'épaisseur d'une feuille de papier moyenne, mais avec des variations spatiales relativement importantes entre les zones les plus épaisses et les plus minces.
Savoir comment les variations topographiques affectent l'épaisseur de l'encre aidera l'industrie de l'impression à créer une encre plus respectueuse de l'environnement et moins énergivore et à optimiser la distribution granulométrique des particules d'encre, dit Myllys. Cela pourrait également aider l'industrie papetière à concevoir des papiers et des emballages plus durables, par exemple à partir de composants recyclés, tout en conservant la qualité nécessaire pour que l'encre adhère bien. En outre, l'industrie papetière pourrait utiliser les résultats pour aider à décider de la meilleure façon d'incorporer des fonctionnalités intelligentes et nouvelles dans le papier, dit Myllys.
L'équipe pense que les méthodes d'imagerie utilisées peuvent également être adaptées pour analyser efficacement les variations d'épaisseur dans d'autres types de films minces, y compris ceux trouvés dans la microélectronique, revêtements résistants à l'usure et panneaux solaires.
"Ce résultat peut certainement être généralisé, et cela le rend en fait assez intéressant, " a déclaré Myllys. " Les variations d'épaisseur des films minces sont cruciales dans de nombreuses applications, mais l'analyse 3-D a été très difficile voire impossible jusqu'à présent."
