芬蘭的一個科學(xué)家小組發(fā)現(xiàn)了一種新方法用于研究古代的繪畫藝術(shù)品，即通過前所未有的3D技術(shù)來呈現(xiàn)紙上水墨的微觀形貌。這項技術(shù)有利于科學(xué)家們了解油墨是如何粘在紙上的，并最終研發(fā)出更高的質(zhì)量、更便宜、更環(huán)保的印刷產(chǎn)品。
使用現(xiàn)代的x光和激光技術(shù),研究人員創(chuàng)造了一種納米級的圖像，有不同厚度的碳粉層在紙上。他們發(fā)現(xiàn)，木材纖維的紙得到相對薄的墨水涂層。總之，他們還發(fā)現(xiàn)，墨水厚度主要由局部粗糙度的變化決定,而不是由紙的不均勻拋光處理引起的化學(xué)變化決定。
“我們相信, , 這一發(fā)現(xiàn)尤其是對紙的形貌如何影響油墨的固著這個問題給出了新見解！狈姨m于韋斯屈萊大學(xué)的應(yīng)用物理學(xué)家Markko Myllys說, “這反過來幫助我們了解如何制成光潔和不光潔的印刷表面！
墨水和紙復(fù)雜的微觀結(jié)構(gòu)研究人員首先用X射線顯微層析檢測低層紙以獲得油墨厚度的詳細圖片，它也是CT掃描技術(shù)的小表弟。為了分析藍綠色的墨水層，研究人員經(jīng)常使用另外兩種技術(shù)：光學(xué)輪廓測量，反彈一個光束到墨水表面來獲得一個表面輪廓；激光燒蝕，用激光擊潰控制的墨水量來決定墨水厚度。
本系列動畫圖片顯示了一個印刷的紙作為激光逐步移除黑色墨水層。紙張粗糙度的變化導(dǎo)致一些區(qū)域比其他區(qū)域變量的更早
盡管這三種成像技術(shù)都不是新的，研究人員是第一次將這三種技術(shù)組合到一起來獲得一個完整的，高分辨率的3D圖像，這顯示出了墨水和紙的復(fù)雜的微觀結(jié)構(gòu)。
最終的圖像像崎嶇的山地景觀，較高的山峰一般顯示薄的墨水涂層,山谷則顯示出較厚涂層。
研究人員發(fā)現(xiàn)典型的墨水層厚度大約是2.5微米，大約是紙張平均厚度的1/40，但是在最薄的和最后的區(qū)域之間有相對較大的空間差異。
了解形貌變化是如何影響墨水層厚度將有助于印刷工業(yè)創(chuàng)造更多環(huán)境友好和更少能源需求的石墨，優(yōu)化油墨粒子的尺寸分布，Myllys說。它也可以幫助造紙工業(yè)設(shè)計更加可持續(xù)的紙張和包裝，例如廢紙回收，并仍然保持制備墨所需的質(zhì)量。此外，造紙工業(yè)使用這些發(fā)現(xiàn)可以幫助將更好的、新穎的功能結(jié)合到紙上。
研究小組相信他們使用的成像技術(shù)也可以有效的分析其他類型薄膜的厚度變化，包括那些在微電子、耐磨涂料和太陽能電池板上的薄膜。
“這個結(jié)果肯定可以通用，這使得它相當(dāng)有趣，”Myllys說。“薄膜的厚度變化在許多應(yīng)用中都是至關(guān)重要的，但是3D分析直到現(xiàn)在還是非常困難或者不可能實現(xiàn)的！
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