喷墨打印不再仅用于文档和图像。它已成为微电子和MEMS（微机电系统）等先进技术中必不可少的制造技术，在这些技术中，微观涂层和复杂的电路图案必须以极高的精度进行沉积。
一个主要挑战是控制每个液滴落在表面后发生的情况。随着液体变干，内部的悬浮颗粒可能会聚集成不均匀的图案。最著名的例子之一是“咖啡环”效应，即大部分固体材料聚集在液滴的外边缘，就像干咖啡滴留下的污渍一样。
制造商通常会添加改变液体表面张力的化学物质，以产生更平滑、更均匀的涂层。然而，这些添加剂在干燥后会残留下来，并可能改变打印材料的行为，这对于许多先进应用来说是不希望看到的。
利用超微气泡控制干燥
为了避免这个问题，由Arata Kaneko教授领导的研究团队采取了一种不同的方法。他们没有使用表面活性剂改性油墨或对颗粒进行化学改性，而是在整个液体中分散了纳米级超微气泡。
在实验中，研究人员将二氧化硅纳米颗粒悬浮在水中，并将混合物通过超微气泡发生器。然后，他们使用喷墨喷嘴将1纳升的液滴沉积在硅基底上，并使其干燥。
结果表明，气泡使研究人员能够对最终的颗粒图案实现显著的控制。不含气泡的液滴产生了明显的咖啡环效应。引入适量的气泡形成了更加均匀的涂层，而进一步增加气泡浓度则导致颗粒聚集在液滴中心附近。气泡并没有改变纳米颗粒本身，包括它们的电荷。相反，它们改变了液体的表面张力及其在表面的铺展方式。
用于先进电子器件的更清洁打印
该技术的最大优势之一是气泡在液滴干燥时会完全消失，不留任何残留物。这使得该方法在必须保持纳米颗粒原有特性不变的情况下特别有用。
例如，石墨烯和二氧化钼纳米颗粒通常用于气体传感器，因为它们在吸收气体时电导率会发生变化。这些传感器的灵敏度在很大程度上取决于打印沉积物的形状。用于电子电路的导电纳米颗粒在表面保持尽可能清洁和原始状态时性能最佳。
由于超微气泡在干燥后消失，研究人员认为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器件，且没有传统油墨添加剂的缺点。
该研究得到了JSPS KAKENHI资助编号JP22H01377和JP25K01136，以及JKA推广基金资助编号2024M-394的支持。