小氣泡會使墨水列印變形

噴墨列印不再僅用於文件和影像。它已成為微電子和 MEMS（微機電系統）等先進技術的重要製造技術，其中必須以極高的精度沉積微觀塗層和複雜的電路圖案。

一個巨大的挑戰是監測每個液滴落在表面上後發生的情況。當液體乾燥時，懸浮在其中的顆粒會聚集成不規則的圖案。最受歡迎的例子之一是「咖啡環」效應，其中大部分固體材料聚集在水滴的外緣周圍，類似於一滴咖啡留下的污漬。

製造商經常添加化學物質來改變液體的表面張力，以形成更光滑、更均勻的塗層。然而，這些添加劑在乾燥後會留下來，並且可以改變印刷材料的行為，這在許多先進應用中是理想的。

用細小的氣泡控制乾燥

為了避免這個問題，由 Arata Kaneko 教授領導的研究小組採取了不同的方法。他們沒有用界面活性劑改性墨水或對顆粒進行化學改性，而是將超細奈米級氣泡分散在整個液體中。

為了進行實驗，研究人員將二氧化矽奈米顆粒懸浮在水中，並將混合物通過超細氣泡產生器。然後，他們使用墨水噴嘴將 1 奈升的液滴沉積在矽基板上，並讓它們乾燥。

結果表明，氣泡使研究人員能夠有效控制最終的粒子模式。沒有氣泡的水滴會產生明顯的咖啡環效果。引入適量的氣泡會產生更均勻的塗層，而增加氣泡的濃度會導致顆粒聚集在液滴中心附近。氣泡並沒有改變奈米顆粒本身，包括它們的電荷。相反，他們改變了液體的表面張力及其在表面的擴散方式。

先進電子產品的清潔列印

此技術的最大優點之一是，當液滴乾燥時，氣泡完全消失，不留任何殘留物。當奈米顆粒的原始性質必須保持不變時，這使得該方法特別有用。

例如，石墨烯和二氧化鉬奈米粒子通常用於氣體感測器，因為它們吸收氣體時電導率會改變。這些感測器的靈敏度取決於印刷沉積物的形狀。當電子電路中使用的導電奈米粒子的表面盡可能保持清潔和純淨時，其工作效果也最好。

由於超細氣泡在乾燥後消失，研究人員相信他們的方法可以提供一種更乾淨、更精確的方法來生產下一代微型裝置，而無需使用傳統油墨添加劑帶來的不便。

該研究得到了 JSPS KAKENHI 撥款號 JP22H01377 和 JP25K01136 以及撥款編號 2024M-394 下的 JKA 促進基金的支持。