Проекты

Воздействие лазером постоянного излучения с длиной волны 532нм на старинную бумагу

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Курчатовский проект – от знаний к практике, от практики к результату» в секции «Поиск» среди работ учащихся 10−11 классов

Направление работы: Спектроскопия
Авторы работы: ГБОУ Школа имени Маршала В.И. Чуйкова
Предметы: Физика, Химия
Классы: 11 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Курчатовский проект – от знаний к практике, от практики к результату» 2020 года

Актуальность

Основная проблема при долгом хранении книг, гравюр и документов -  пожелтение бумаги, в связи с чем происходит утрата первоначального вида. Особенно это чувствительно для гравюр с тонкой печатью, так как пожелтение между штрихами визуально соединяет их, тем самым уничтожая стиль автора.

Пожелтение бумаги связано с окислением целлюлозы и лигнина, содержащихся в бумаге, под действием кислорода воздуха. В настоящее время при реставрации бумаги используется импульсный лазер или химический способ очистки.

Механизм процессов, происходящих при воздействии лазера постоянного излучения на старую бумагу, до сих пор является загадкой. Очистка старой бумаги лазером постоянного излучения может оказаться экономически более выгодной, чем очистка импульсным лазером или химическим способом.

Цель

Очистка старой бумаги при воздействии на нее лазером постоянного излучения с длиной волны 532нм.

Задачи

  1. Понять механизм очистки бумаги, происходящий при воздействии лазера постоянного излучения с длиной волны 532нм.
  2. Оценить применимость данного метода отбеливания бумаги в реставрации.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Программное обеспечение (ПО) – ImageJ, NewCompare, Origin
  • ИК-спектрометр
  • Рамановский спектрометр
  • Установка (лазер постоянного излучения, зеркало, подвижное зеркало с приводом, держатель для бумаги с подложкой, электропривод с мотором)
  • Хлопковая бумага 1870-х годов, состоящая на 99 % из целлюлозы
  • Древесная бумага 1860-х и 2000-х годов выпуска с нанесённой печатью
  • Офисная бумага с нанесённой на неё печатью тонером, принтерными чернилами, ручкой или карандашом

Описание

Автором разработана установка, состоящая из 532нм лазера постоянного излучения, подвижного зеркала (оно нужно для перемещения лазерного пучка по бумаге, чтобы она не сгорала) и держателя для бумаги с подложкой для улавливания частиц, вынесенных лазером. Лазерный пучок установки перемещался по поверхности бумаги, отбеливая её.

 

Результаты работы/выводы

  1. В результате работы установки зафиксировано, что бумага белеет на 2,3 % при воздействии лазером в течение 16 минут со скоростью 9 мм/с, интенсивностью 21,64 Вт/см2 и мощностью 0,68 Вт.
  2. Зафиксирован вынос лазером частиц бумаги на подложку. Площадь частиц 10-810 µm2. Маленькие частицы преимущественно круглые, а более крупные частицы имеют продолговатую форму.
  3. ИК-спектроскопией зафиксированы изменения состава верхнего слоя бумаги. Установлено, что при воздействии лазера бумага теряет воду, углерод понижает свою степень окисления с +3 до +1, что свидетельствует о переходе из COOH в CHO. Происходит переход к нижнему слою бумаги, менее окисленному и менее «желтому».
  4. Воздействие лазера на типографические чернила отсутствует.
  5. Полученный результат отбеливания практически соответствует эталонному (2,9 %), полученному на импульсном лазере.

Перспективы использования результатов работы

Данный метод очистки старой бумаги при воздействии на нее лазером постоянного излучения с длиной волны 532нм может быть использован при реставрации.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

МГУ им. М.В. Ломоносова

Награды/достижения

  1. Всероссийский конкурс научных работ школьников «Юниор», 2019 год - победитель
  2. Всероссийский конкурс научных работ школьников «Юниор», 2020 год - победитель
  3. Открытая городская научно-практическая конференция «Курчатовский проект — от знаний к практике, от практики к результату», 2019 год - победитель
  4. Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего», 2019 год - победитель
  5. Всероссийский открытый конкурс юношеских работ имени  В.И. Вернадского, 2019 год - победитель