Forschungsteam der Tokyo Metropolitan University steuert Trocknung von Tintenstrahldruck-Tröpfchen mit ultrafeinen Blasen

de.wedoany.com-Bericht: Einem Forschungsteam der Tokyo Metropolitan University ist es gelungen, das Trocknungsverhalten von Tintenstrahldruck-Tröpfchen durch die Einführung ultrafeiner Blasen zu steuern, ohne Zusatzstoffe verwenden zu müssen.

Der Tintenstrahldruck ist über die moderne Druckmedien hinaus eine Schlüsseltechnologie für zukunftsweisende Anwendungen wie Mikroelektronik und mikroelektromechanische Systeme. Dabei müssen Beschichtungen und Schaltkreise mit mikrometergenauer Präzision auf Oberflächen aufgebracht werden, um komplexe Muster zu erzeugen. Während des natürlichen Trocknungsprozesses bilden submikrometergroße Partikel in den Tröpfchen oft komplexe oder sogar unerwünschte Muster, wie den sogenannten „Kaffeering“-Effekt, bei dem sich feste Ablagerungen hauptsächlich am Rand des Tröpfchens sammeln. Um gleichmäßige Beschichtungen zu erzielen, werden üblicherweise Chemikalien beigemischt, die die Oberflächenspannung verändern. Diese Verbindungen verbleiben jedoch im Film und verändern die Eigenschaften der abgeschiedenen Partikel.

Das Team unter der Leitung von Professor Arata Kaneko verfolgte einen neuen Ansatz, bei dem keine Tenside oder chemisch modifizierten Partikel verwendet werden. Stattdessen nutzten sie in der Flüssigkeit dispergierte, nanoskalige ultrafeine Blasen, um die Tröpfcheneigenschaften zu verändern. In Demonstrationsversuchen dispergierte das Team Siliziumdioxid-Nanopartikel in Wasser, behandelte die Suspension mit einem Generator für ultrafeine Blasen und deponierte 1-Nanoliter-Tröpfchen über eine Tintenstrahldüse auf einem Siliziumsubstrat, das anschließend natürlich getrocknet wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass die Suspension ohne Blasen einen starken Kaffeering-Effekt aufwies; die Tröpfchen mit Blasen zeigten einen allmählichen Effekt: Wenige Blasen führten zu einer gleichmäßigeren Beschichtung, während mehr Blasen dazu führten, dass sich die Partikel in der Mitte des Tröpfchens sammelten. Die Blasen verändern die Eigenschaften der Nanopartikel selbst nicht, wohl aber die Oberflächenspannung der Suspension und deren Benetzbarkeit auf der Oberfläche.

Entscheidend ist, dass die Blasen nach dem Trocknen der Tröpfchen keine Rückstände hinterlassen. Dies ist äußerst wichtig, um die ursprünglichen Eigenschaften der Nanopartikel zu erhalten. Beispielsweise können Graphen- oder Molybdändisulfid-Partikel in Gassensoren verwendet werden, deren Leitfähigkeit sich mit der Gasadsorption ändert und deren Empfindlichkeit stark von der Form der Ablagerungen beeinflusst wird; auch leitfähige Nanopartikel in Schaltkreisen erfordern eine saubere Oberfläche. Diese Technologie stellt einen bedeutenden Fortschritt für den Tintenstrahldruck von Mikrobauteilen dar.

Diese Arbeit wurde durch die KAKENHI-Fördernummern JP22H01377 und JP25K01136 der Japan Society for the Promotion of Science (JSPS) sowie durch den JKA-Förderfonds mit der Nummer 2024M-394 unterstützt.