日本东京都立大学研究团队用超细气泡调控喷墨打印液滴干燥

维度网讯，日本东京都立大学（Tokyo Metropolitan University）的研究团队将超细气泡引入喷墨打印墨滴，在不使用添加剂的情况下，实现了对液滴干燥行为的调控。

喷墨打印是现代印刷媒体之外，微电子和微机电系统等前沿应用的关键技术，这要求以微米级精度在表面沉积涂层和电路，最终形成复杂图案。在自然干燥过程中，液滴中的亚微米颗粒通常会形成复杂甚至不理想的图案，例如“咖啡环”效应，固体沉积物主要聚集在液滴边缘。为获得均匀涂层，通常需混入改变表面张力的化学物质，但这些化合物会留在薄膜中，改变沉积颗粒的性能。

由教授Arata Kaneko领导的团队采用新方法，不再使用表面活性剂或化学修饰颗粒，转而利用分散在液体中的纳米级超细气泡改变液滴性能。演示实验中，团队将二氧化硅纳米颗粒分散在水中，经超细气泡发生器处理后，以1纳升液滴通过喷墨喷嘴沉积在硅基板上，随后自然干燥。结果显示，不含气泡的悬浮液呈现强烈咖啡环效应；含气泡的液滴效果逐渐变化，少量气泡可获得更均匀涂层，更多气泡则导致颗粒在液滴中心聚集。气泡不改变纳米颗粒本身性能，但改变了悬浮液的表面张力及对表面的润湿性。

关键之处在于，液滴干燥后气泡不会留下任何沉积物。这对保持纳米颗粒原始特性极为重要，例如石墨烯或二氧化钼颗粒可用于气体传感器，其导电性随气体吸附变化，灵敏度受沉积物形状强烈影响；电路中的导电纳米颗粒同样要求表面纯净。该技术为微器件喷墨打印提供了重要进展。

这项工作得到日本学术振兴会（JSPS）科研费（KAKENHI）资助号JP22H01377和JP25K01136，以及JKA推广基金资助号2024M-394的支持。