喷墨打印不再仅用于打印文档和图像。它已成为微电子和MEMS（微机电系统）等先进技术的一项关键制造工艺，在这些领域，微观涂层和复杂的电路图案必须以极高的精度进行沉积。
一个主要挑战在于控制液滴落在表面后的动态。随着液体变干，内部的悬浮颗粒会聚集成不均匀的图案。最著名的例子之一是“咖啡环”效应，即大部分固体物质聚集在液滴的外边缘，就像干涸的咖啡滴留下的印记一样。
制造商通常会添加改变液体表面张力的化学制剂，以形成更平滑、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性能，这对于许多先进应用而言是不利的。
利用超细气泡控制干燥
为避免这一问题，由金子新（Arata Kaneko）教授领导的研究团队采用了一种截然不同的方法。他们没有使用表面活性剂改性墨水或对颗粒进行化学改性，而是将纳米级的超细气泡分散在整个液体中。
在实验中，研究人员将二氧化硅纳米颗粒悬浮于水中，并使混合液通过超细气泡发生器。随后，他们利用喷墨喷嘴将1纳升的液滴沉积在硅基底上，并使其自然干燥。
结果显示，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。引入适量气泡后，形成了更加均匀的涂层；而进一步增加气泡浓度，则使颗粒转而聚集在液滴中心附近。气泡并未改变纳米颗粒本身的特性，包括其电荷。相反，它们改变了液体的表面张力及其在表面的铺展方式。
面向先进电子器件的更清洁打印工艺
该技术的最大优势之一在于气泡会在液滴干燥过程中完全消失，且不留任何残留物。这使得该方法在需要保持纳米颗粒原始特性不变的场合尤为适用。
例如，石墨烯和二氧化钼纳米颗粒常用于气体传感器，因为其在吸附气体时电导率会发生变化。这些传感器的灵敏度很大程度上取决于打印沉积物的形态。同样，用于电子电路的导电纳米颗粒，只有在表面保持尽可能清洁和原始的状态下，才能发挥最佳性能。
由于超细气泡在干燥后会消失，研究人员认为该方法能够提供一种更清洁、更精确的途径来生产下一代微器件，且不存在传统墨水添加剂的弊端。
该研究得到了JSPS KAKENHI科研费（资助编号JP22H01377和JP25K01136）以及JKA推广基金（资助编号2024M-394）的支持。