Pesquisadores da Universidade Metropolitana de Tóquio desenvolveram uma nova maneira de controlar como a tinta seca, adicionando bolhas ultrafinas às gotas de tinta em vez de aditivos químicos. Simplesmente variando o número de bolhas em cada gota, a equipe descobriu que poderia alterar significativamente o padrão que permanece após a evaporação do líquido. Esta abordagem pode ser particularmente útil para a produção de pequenos dispositivos eletrônicos, onde resíduos de aditivos podem interferir no desempenho dos materiais impressos.
A impressão a jato de tinta não é mais usada apenas para documentos e imagens. Tornou-se uma importante técnica de fabricação para tecnologias avançadas, como microeletrônica e MEMS (sistemas microeletromecânicos), onde revestimentos microscópicos e circuitos intrincados devem ser depositados com precisão excepcional.
A principal tarefa é controlar o que acontece depois que cada gota atinge a superfície. À medida que o líquido seca, as partículas suspensas no seu interior podem acumular-se em padrões irregulares. Um dos exemplos mais famosos é o efeito “anel de café”, onde a maior parte do material sólido se acumula ao redor da borda externa da gota, semelhante à mancha deixada por uma gota de café seca.
Os fabricantes costumam adicionar produtos químicos que alteram a tensão superficial do líquido para criar revestimentos mais suaves e uniformes. Contudo, estes aditivos permanecem após a secagem e podem alterar o comportamento do material impresso, o que é indesejável para muitas aplicações avançadas.
Controle de secagem com bolhas ultrafinas
Para evitar este problema, uma equipa de investigação liderada pelo professor Arata Kaneko adoptou uma abordagem diferente. Em vez de modificar a tinta com surfactantes ou alterar quimicamente as partículas, eles dispersaram bolhas ultrafinas em nanoescala por todo o líquido.
Para seus experimentos, os pesquisadores suspenderam nanopartículas de dióxido de silício em água e passaram a mistura por um gerador de bolhas ultrafinas. Eles então depositaram gotículas de 1 nanolitro em um substrato de silício usando um bico de jato e deixaram-nas secar.
Os resultados mostraram que as bolhas deram aos pesquisadores um excelente controle sobre o padrão final das partículas. Gotas sem bolhas criaram um efeito pronunciado de anel de café. A introdução de uma quantidade modesta de bolhas criou um revestimento muito mais uniforme, enquanto o aumento da concentração de bolhas fez com que as partículas se acumulassem perto do centro da gota. As bolhas não alteraram as próprias nanopartículas, incluindo a sua carga elétrica. Em vez disso, mudaram a tensão superficial do líquido e a forma como ele se espalha pela superfície.
Impressão limpa para eletrônicos modernos
Uma das maiores vantagens da técnica é que as bolhas desaparecem completamente quando a gota seca, não deixando vestígios. Isto torna o método particularmente útil quando as propriedades originais das nanopartículas devem permanecer inalteradas.
Por exemplo, nanopartículas de grafeno e dióxido de molibdênio são comumente usadas em sensores de gás porque sua condutividade elétrica muda quando absorvem gases. A sensibilidade destes sensores depende fortemente da forma da camada impressa. As nanopartículas condutoras utilizadas em circuitos eletrônicos também funcionam melhor quando suas superfícies são mantidas tão limpas e intactas quanto possível.
Como as bolhas muito pequenas desaparecem após a secagem, os pesquisadores acreditam que seu método poderia fornecer uma maneira mais limpa e precisa de produzir microdispositivos de próxima geração, sem as desvantagens dos aditivos de tinta convencionais.
A pesquisa foi apoiada pela concessão JSPS KAKENHI nº JP22H01377 e JP25K01136 juntamente com o Fundo de Promoção JKA sob a concessão nº 2024M-394.
