Ультрамелкие пузырьки могут произвести революцию в струйной печати

Удивительно простой трюк может сделать высокоточную струйную печать гораздо эффективнее. Credit: AI/ScienceDaily.com

Исследователи из Токийского столичного университета разработали новый способ контроля высыхания чернил, добавляя в капли ультрамелкие пузырьки вместо химических добавок. Просто изменяя количество пузырьков в каждой капле, ученые обнаружили, что могут кардинально менять рисунок, остающийся после испарения жидкости. Этот подход может быть особенно ценным для производства крошечных электронных устройств, где остаточные добавки могут мешать работе напечатанных материалов.

Струйная печать больше не используется только для документов и изображений. Она стала важным производственным методом для передовых технологий, таких как микроэлектроника и MEMS (микроэлектромеханические системы), где необходимо с исключительной точностью наносить микроскопические покрытия и сложные схемы.

Основная проблема заключается в контроле того, что происходит после того, как капля попадает на поверхность. По мере высыхания жидкости взвешенные в ней частицы могут собираться в неравномерные узоры. Один из самых известных примеров — эффект «кофейного кольца», когда большая часть твердого материала собирается по внешнему краю капли, подобно следу, остающемуся от высохшей капли кофе.

Производители часто добавляют химические вещества, изменяющие поверхностное натяжение жидкости, для создания более гладких и равномерных покрытий. Однако эти добавки остаются после высыхания и могут изменить поведение напечатанного материала, что нежелательно для многих передовых применений.

Контроль высыхания с помощью ультрамелких пузырьков

Чтобы избежать этой проблемы, исследовательская группа под руководством профессора Араты Канэко выбрала другой подход. Вместо модификации чернил поверхностно-активными веществами или химического изменения частиц, они диспергировали в жидкости наноразмерные ультрамелкие пузырьки.

Для своих экспериментов исследователи суспендировали наночастицы диоксида кремния в воде и пропустили смесь через генератор ультрамелких пузырьков. Затем они нанесли капли объемом 1 нанолитр на кремниевую подложку с помощью струйного сопла и дали им высохнуть.

Результаты показали, что пузырьки дают исследователям замечательный контроль над конечным рисунком частиц. Капли без пузырьков создавали выраженный эффект кофейного кольца. Введение умеренного количества пузырьков приводило к гораздо более равномерному покрытию, в то время как дальнейшее увеличение концентрации пузырьков заставляло частицы собираться ближе к центру капли. Пузырьки не изменяли сами наночастицы, включая их электрический заряд. Вместо этого они меняли поверхностное натяжение жидкости и то, как она растекается по поверхности.

Чистая печать для передовой электроники

Одним из самых больших преимуществ метода является то, что пузырьки полностью исчезают по мере высыхания капли, не оставляя следов. Это делает метод особенно полезным, когда исходные свойства наночастиц должны оставаться неизменными.

Например, наночастицы графена и диоксида молибдена обычно используются в газовых датчиках, поскольку их электропроводность меняется при поглощении газов. Чувствительность этих датчиков сильно зависит от формы напечатанного осадка. Проводящие наночастицы, используемые в электронных схемах, также работают наилучшим образом, когда их поверхности остаются максимально чистыми.

Поскольку ультрамелкие пузырьки исчезают после высыхания, исследователи полагают, что их метод может обеспечить более чистый и точный способ производства микроустройств нового поколения без недостатков традиционных чернильных добавок.

Источники:

Материалы предоставлены Токийским столичным университетом.

Кадзуки Симидзу, Такума Исоя, Такахиро Коно, Арата Канэко. Струйная печать суспензий наночастиц SiO2 с добавлением ультрамелких пузырьков для контроля морфологии пленки. Precision Engineering, 2026; 102: 1 DOI: 10.1016/j.precisioneng.2026.05.014