Исследовательская группа Токийского столичного университета (Япония) регулирует высыхание капель при струйной печати с помощью ультрамелких пузырьков

Репортаж от Wedoany，Исследовательская группа Токийского столичного университета (Tokyo Metropolitan University) ввела ультрамелкие пузырьки в чернильные капли для струйной печати, добившись регулирования поведения капель при высыхании без использования добавок.

Струйная печать является ключевой технологией для передовых приложений, таких как микроэлектроника и микроэлектромеханические системы, помимо современной полиграфии. Это требует нанесения покрытий и цепей на поверхность с микронной точностью для формирования сложных узоров. В процессе естественного высыхания субмикронные частицы в капле обычно образуют сложные или даже нежелательные узоры, например, эффект «кофейного кольца», когда твердые отложения скапливаются в основном по краям капли. Для получения равномерного покрытия обычно требуется добавление химических веществ, изменяющих поверхностное натяжение, но эти соединения остаются в пленке, изменяя свойства осажденных частиц.

Команда под руководством профессора Араты Канэко применила новый метод, отказавшись от использования поверхностно-активных веществ или химически модифицированных частиц, и вместо этого использовала наноразмерные ультрамелкие пузырьки, диспергированные в жидкости, для изменения свойств капель. В демонстрационном эксперименте команда диспергировала наночастицы диоксида кремния в воде, обработала их генератором ультрамелких пузырьков, осадила капли объемом 1 нанолитр через струйное сопло на кремниевую подложку, а затем дала им высохнуть естественным путем. Результаты показали, что суспензия без пузырьков демонстрировала сильный эффект кофейного кольца; капли с пузырьками постепенно меняли эффект: небольшое количество пузырьков давало более равномерное покрытие, а большее количество пузырьков приводило к скоплению частиц в центре капли. Пузырьки не изменяют свойства самих наночастиц, но изменяют поверхностное натяжение суспензии и ее смачиваемость поверхности.

Ключевой момент заключается в том, что после высыхания капли пузырьки не оставляют никаких отложений. Это чрезвычайно важно для сохранения исходных свойств наночастиц, например, частицы графена или диоксида молибдена могут использоваться в газовых датчиках, где их проводимость изменяется в зависимости от адсорбции газа, а чувствительность сильно зависит от формы отложений; токопроводящие наночастицы в цепях также требуют чистоты поверхности. Эта технология представляет собой важный прогресс в струйной печати микроустройств.

Эта работа поддержана грантами Японского общества содействия науке (JSPS) KAKENHI № JP22H01377 и JP25K01136, а также фондом продвижения JKA № 2024M-394.