Investigadores de la Universidad Metropolitana de Tokio han desarrollado una nueva forma de controlar cómo se seca la tinta añadiendo burbujas ultrafinas a las gotas de tinta en lugar de aditivos químicos. Simplemente cambiando el número de burbujas en cada gota, el equipo descubrió que podían cambiar drásticamente el patrón que quedaba cuando el líquido se evaporaba. El método puede resultar particularmente valioso para la fabricación de dispositivos electrónicos en miniatura, donde los aditivos residuales pueden interferir con el rendimiento de los materiales impresos.
La impresión por inyección de tinta ya no se utiliza sólo para documentos y fotografías. Se ha convertido en una técnica de fabricación esencial para tecnologías avanzadas como la microelectrónica y MEMS (sistemas microelectromecánicos), donde se deben depositar recubrimientos microscópicos y patrones de circuitos complejos con una precisión excepcional.
Controlar lo que sucede después de que cada gota cae sobre una superficie es un gran desafío. A medida que el líquido se seca, las partículas suspendidas en su interior pueden acumularse en un patrón desigual. Uno de los ejemplos más conocidos es el efecto “anillo de café”, en el que la mayor parte del material sólido se acumula alrededor del borde exterior de la gota, de forma muy parecida a la mancha que deja una gota de café seca.
Los fabricantes suelen añadir productos químicos que alteran la tensión superficial del líquido para crear una capa más suave y uniforme. Sin embargo, estos aditivos permanecen después del secado y pueden cambiar el comportamiento del material impreso, lo cual no es deseable para muchas aplicaciones avanzadas.
Controla el secado con burbujas ultrafinas.
Para evitar ese problema, un equipo de investigación dirigido por el profesor Arata Kaneko adoptó un enfoque diferente. En lugar de modificar la tinta o alterar químicamente las partículas con tensioactivos, dispersan burbujas ultrafinas a nanoescala por todo el líquido.
Para su experimento, los investigadores suspendieron nanopartículas de sílice en agua y pasaron la mezcla a través de un generador de burbujas ultrafinas. Luego depositaron gotas de 1 nanolitro sobre un sustrato de silicio utilizando una boquilla de inyección de tinta y las dejaron secar.
Los resultados mostraron que las burbujas dieron a los investigadores un tremendo control sobre el patrón final de las partículas. Las gotas sin burbujas produjeron un pronunciado efecto de anillo de café. La introducción de una pequeña cantidad de burbujas produce una capa más uniforme, mientras que el aumento de la densidad de las burbujas hace que las partículas se acumulen cerca del centro de la gota. Las burbujas no alteraron las nanopartículas con su carga eléctrica. En cambio, cambian la tensión superficial del líquido y cómo se propaga por la superficie.
Impresión más limpia para electrónica avanzada
La mayor ventaja de la técnica es que a medida que las gotas se secan, las burbujas desaparecen por completo sin dejar residuos. Esto hace que el método sea particularmente útil cuando las propiedades centrales de las nanopartículas deben permanecer sin cambios.
Por ejemplo, las nanopartículas de grafeno y dióxido de molibdeno se utilizan habitualmente en sensores de gas porque su conductividad eléctrica cambia cuando absorben gas. La sensibilidad de estos sensores depende en gran medida de la forma del depósito impreso. Las nanopartículas conductoras utilizadas en circuitos electrónicos también funcionan mejor cuando sus superficies están lo más limpias y prístinas posible.
Debido a que las burbujas ultrafinas desaparecen después del secado, los investigadores creen que su método podría proporcionar una forma más limpia y precisa de crear microdispositivos de próxima generación sin los inconvenientes de los aditivos de tinta convencionales.
La investigación fue apoyada por las subvenciones JSPS KAKENHI números JP22H01377 y JP25K01136, con un fondo de promoción de la JKA con la subvención número 2024M-394.
