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 alterando o número de bolhas em cada gota, a equipe descobriu que poderia mudar drasticamente o padrão deixado à medida que o líquido evaporava. O método pode ser particularmente valioso para a fabricação de dispositivos eletrônicos em miniatura, onde aditivos residuais podem interferir no desempenho dos materiais impressos.
A impressão a jato de tinta não é mais usada apenas para documentos e fotos. Tornou-se uma técnica de fabricação essencial para tecnologias avançadas, como microeletrônica e MEMS (sistemas microeletromecânicos), onde revestimentos microscópicos e padrões de circuitos complexos devem ser depositados com precisão excepcional.
Controlar o que acontece depois que cada gota atinge uma superfície é um grande desafio. À medida que o líquido seca, as partículas suspensas no seu interior podem formar um padrão irregular. Um dos exemplos mais conhecidos é o efeito “anel de café”, onde a maior parte do material sólido se acumula ao redor da borda externa da gota, muito parecido com a mancha deixada por uma gota seca de café.
Os fabricantes costumam adicionar produtos químicos que alteram a tensão superficial do líquido para criar um revestimento mais liso e uniforme. Contudo, estes aditivos permanecem após a secagem e podem alterar o comportamento do material impresso, o que é indesejável para muitas aplicações avançadas.
Controle a secagem com bolhas ultrafinas
Para evitar esse problema, uma equipa de investigação liderada pelo professor Arata Kaneko adoptou uma abordagem diferente. Em vez de modificar a tinta ou alterar quimicamente as partículas com surfactantes, eles dispersam bolhas ultrafinas em nanoescala por todo o líquido.
Para o experimento, os pesquisadores suspenderam nanopartículas de sílica 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 de tinta e deixaram-nas secar.
Os resultados mostraram que as bolhas deram aos pesquisadores um tremendo controle sobre o padrão final das partículas. Gotas sem bolhas produziram um efeito pronunciado de anel de café. A introdução de um pequeno número de bolhas produz um revestimento mais uniforme, enquanto o aumento da densidade da bolha faz com que as partículas se acumulem perto do centro da gota. As bolhas não alteraram as nanopartículas com sua carga elétrica. Em vez disso, alteram a tensão superficial do líquido e a forma como este se espalha pela superfície.
Impressão mais limpa para eletrônicos avançados
A maior vantagem da técnica é que à medida que as gotas secam, as bolhas desaparecem completamente, não deixando nenhum resíduo. Isto torna o método particularmente útil quando as propriedades centrais 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 gás. A sensibilidade destes sensores depende muito da forma do depósito impresso. As nanopartículas condutoras usadas em circuitos eletrônicos também apresentam melhor desempenho quando suas superfícies estão tão limpas e imaculadas quanto possível.
Como as bolhas ultrafinas desaparecem após a secagem, os pesquisadores acreditam que seu método poderia fornecer uma maneira mais limpa e precisa de criar microdispositivos de próxima geração, sem as desvantagens dos aditivos de tinta convencionais.
A pesquisa foi apoiada pelos números de subvenção JSPS KAKENHI JP22H01377 e JP25K01136, com um fundo de promoção JKA sob o número de subvenção 2024M-394.
