Изследователи от Токийския столичен университет разработиха нов метод за контрол на изсъхването на мастилото, като добавяха в капките ултрафини мехурчета вместо химически добавки. Просто като променят количеството мехурчета във всяка капка, учените са открили, че могат коренно да променят образа, който остава след изпаряването на течността. Този подход може да бъде особено ценен за производството на миниатюрни електронни устройства, където остатъчните добавки могат да пречат на работата на отпечатаните материали.

Мастиленоструйният печат вече не се използва само за документи и изображения. Той се превърна във важен производствен метод за авангардни технологии като микроелектрониката и MEMS (микроелектромеханични системи), където е необходимо с изключителна точност да се нанасят микроскопични покрития и сложни схеми.

Основният проблем се състои в контролирането на това, което се случва след като капката попадне върху повърхността. Докато течността изсъхва, частиците, съдържащи се в нея могат да се събират в неравномерни форми. Един от най-известните примери е ефектът „кафено пръстенче“, при който по-голямата част от твърдия материал се събира по външния край на капката, подобно на следата, която остава от изсъхнала капка кафе.

Производителите често добавят химични вещества, които променят повърхностното напрежение на течността, за да се получат по-гладки и равномерни покрития. Тези добавки обаче остават след изсъхването и могат да променят поведението на отпечатания материал, което е нежелателно за много съвременни приложения.

Контрол на изсъхването с помощта на ултрафини мехурчета

За да избегнe този проблем, изследователска група под ръководството на професор Арата Канеко избра друг подход. Вместо да модифицират мастилото с повърхностноактивни вещества или да променят химическия състав на частиците, те вкараха в течността наноразмерни ултрафини мехурчета. За своите експерименти изследователите суспендираха наночастици от силициев диоксид във вода и прекараха сместа през генератор на ултрафини мехурчета. След това нанесоха капки с обем 1 нанолитър върху силициева подложка с помощта на дюза за струйно разпръскване и ги оставиха да изсъхнат.

Резултатите показаха, че мехурчетата дават на изследователите отличен контрол върху крайния разпределителен модел на частиците. Капките без мехурчета създаваха ясно изразен ефект на „кафено пръстенче“. Въвеждането на умерено количество мехурчета водеше до много по-равномерно покритие, докато по-нататъшното увеличаване на концентрацията на мехурчетата караше частиците да се събират по-близо до центъра на капката. Мехурчетата не променяха самите наночастици, включително техния електрически заряд. Вместо това те променяха повърхностното напрежение на течността и начина, по който тя се разлива по повърхността.

Чисто отпечатване за авангардна електроника

Едно от най-големите предимства на метода е, че мехурчетата изчезват напълно при изсъхването на капката, без да оставят следи. Това прави метода особено полезен, когато първоначалните свойства на наночастиците трябва да останат непроменени.
Например, наночастиците от графен и молибденов диоксид обикновено се използват в газови сензори, тъй като тяхната електропроводимост се променя при абсорбиране на газове.

Чувствителността на тези сензори зависи в голяма степен от формата на отпечатания преципитат. Проводимите наночастици, използвани в електронни схеми също работят добре, когато повърхностите им остават максимално чисти. Тъй като ултрафините мехурчета изчезват след изсъхване, изследователите смятат, че техният метод може да осигури по-чист и прецизен начин за производство на микроустройства от ново поколение, без недостатъците на традиционните мастилени добавки.