东京大都会大学的研究人员开发了一种新的控制墨水干燥的方法，他们在墨水液滴中添加超细气泡，而不是化学添加剂。通过简单地改变每个液滴中的气泡数量，团队发现可以显著改变液体蒸发后留下的图案。这种方法对于制造微型电子设备尤其有价值，因为残留的添加剂可能会干扰印刷材料的性能。喷墨打印不仅仅用于文档和图像，它已成为微电子和MEMS（微电子机械系统）等先进技术的重要制造技术，这些技术需要以极高的精度沉积微观涂层和复杂电路图案。主要挑战之一是控制每个液滴落到表面后发生的情况。随着液体干燥，悬浮颗粒可能聚集成不均匀的图案。其中一个最著名的例子是“咖啡环”效应，其中大多数固体物质聚集在液滴的外缘，就像干燥的咖啡滴留下的污渍一样。制造商通常添加改变液体表面张力的化学物质，以创造更光滑、更均匀的涂层。然而，这些添加剂在干燥后留下，并且可能改变印刷材料的行为，这在许多先进应用中是不可取的。通过超细气泡控制干燥 为了避免这个问题，由金子原教授领导的研究团队采取了一种不同的方法。他们没有通过表面活性剂修改墨水或化学改变颗粒，而是在液体中分散纳米级超细气泡。在实验中，研究人员将二氧化硅纳米颗粒悬浮在水中，并通过超细气泡生成器通过混合液。然后，他们使用喷墨喷嘴将1纳升的液滴沉积到硅基底上，并让其干燥。结果显示，这些气泡使研究人员对最终颗粒图案的控制显著提高。没有气泡的液滴产生了明显的咖啡环效应。引入适量的气泡产生了更均匀的涂层，而进一步增加气泡浓度则导致颗粒集聚在液滴的中心。气泡没有改变纳米颗粒本身（包括它们的电荷），而是改变了液体的表面张力及其在表面上的扩散方式。 清洁的打印用于先进的电子设备 这种技术的最大优势之一是气泡在液滴干燥时完全消失，不留下任何残留物。这使得该方法在纳米颗粒的原始特性必须保持不变时尤为有用。例如，石墨烯和二氧化钼纳米颗粒常用于气体传感器，因为它们的电导率在吸收气体时会变化。这些传感器的灵敏度在很大程度上依赖于打印沉积的形状。在电子电路中使用的导电纳米颗粒也在其表面尽可能保持清洁和完好时表现最佳。由于超细气泡在干燥后消失，研究人员相信他们的方法可以提供一种更清洁、更精确的方式来生产下一代微型设备，而不受传统墨水添加剂的缺点影响。该研究得到了JSPS KAKENHI资助编号JP22H01377和JP25K01136的支持，以及JKA促进基金的支持，资助编号为2024M-394。