فريق بحثي من جامعة طوكيو متروبوليتان يتحكم في تجفيف قطرات الطباعة النافثة للحبر باستخدام الفقاعات فائقة الدقة

أخبار ar.wedoany.com، تمكن فريق بحثي من جامعة طوكيو متروبوليتان (Tokyo Metropolitan University) من التحكم في سلوك تجفيف قطرات الحبر النافثة للحبر من خلال إدخال فقاعات فائقة الدقة (Ultra-Fine Bubbles) فيها، دون الحاجة إلى استخدام إضافات كيميائية.

تُعد الطباعة النافثة للحبر تقنيةً أساسيةً (تقنية أساسية) في التطبيقات المتطورة مثل الإلكترونيات الدقيقة والأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة، بالإضافة إلى وسائط الطباعة التقليدية، حيث تتطلب ترسيب الطلاءات والدوائر على الأسطح بدقة ميكرومترية لتشكيل أنماط معقدة. أثناء عملية التجفيف الطبيعي، غالبًا ما تشكل الجسيمات دون الميكرومترية الموجودة في القطرة أنماطًا معقدة أو غير مرغوب فيها، مثل تأثير "حلقة القهوة"، حيث تتركز المواد الصلبة المترسبة بشكل رئيسي على حافة القطرة. للحصول على طبقة موحدة، يُضاف عادةً مواد كيميائية لتغيير التوتر السطحي، لكن هذه المركبات تبقى في الفيلم وتغير خصائص الجسيمات المترسبة.

اعتمد الفريق بقيادة البروفيسور أرتا كانيكو (Arata Kaneko) نهجًا جديدًا، حيث استبدل استخدام المواد الخافضة للتوتر السطحي أو الجسيمات المعدلة كيميائيًا بالفقاعات فائقة الدقة ذات المقياس النانوي المنتشرة في السائل لتغيير خصائص القطرة. في التجارب التوضيحية، قام الفريق بتشتيت جسيمات نانوية من ثاني أكسيد السيليكون في الماء، ثم عالجها بمولد فقاعات فائقة الدقة، وأودع قطرات بحجم نانولتر واحد على ركيزة من السيليكون باستخدام فوهة طباعة نافثة للحبر، وتركها لتجف طبيعيًا. أظهرت النتائج أن المعلق الخالي من الفقاعات أظهر تأثير "حلقة القهوة" القوي؛ بينما أظهرت القطرات المحتوية على فقاعات تغيرات تدريجية في السلوك، حيث أدى وجود عدد قليل من الفقاعات إلى الحصول على طبقة أكثر تجانسًا، بينما أدى وجود عدد أكبر من الفقاعات إلى تجمع الجسيمات في مركز القطرة. لا تغير الفقاعات خصائص الجسيمات النانوية نفسها، لكنها تغير التوتر السطحي للمعلق وقابليته للتبليل على السطح.

الأمر الحاسم هو أن الفقاعات لا تترك أي رواسب بعد جفاف القطرة. وهذا مهم للغاية للحفاظ على الخصائص الأصلية للجسيمات النانوية، فعلى سبيل المثال، يمكن استخدام جسيمات الجرافين أو ثاني أكسيد الموليبدينوم في أجهزة استشعار الغاز، حيث تتغير موصليتها الكهربائية بامتصاص الغاز، وتتأثر حساسيتها بشكل كبير بشكل الرواسب؛ كما تتطلب الجسيمات النانوية الموصلة المستخدمة في الدوائر الكهربائية سطحًا نقيًا. تمثل هذه التقنية تقدمًا مهمًا في الطباعة النافثة للحبر للأجهزة الدقيقة.

حظي هذا العمل بدعم من منحة البحث العلمي (KAKENHI) التابعة لجمعية تعزيز العلوم اليابانية (JSPS) برقمي JP22H01377 وJP25K01136، بالإضافة إلى صندوق الترويج من JKA برقم 2024M-394.