Para peneliti di Tokyo Metropolitan University telah mengembangkan cara baru untuk mengontrol pengeringan tinta dengan menambahkan gelembung ultra-halus ke tetesan tinta, bukan bahan tambahan kimia. Dengan hanya mengubah jumlah gelembung di setiap tetesan, tim menemukan bahwa mereka dapat secara signifikan mengubah pola yang ditinggalkan oleh penguapan cairan. Pendekatan ini khususnya berguna untuk pembuatan perangkat elektronik berukuran kecil, yang bahan tambahannya dapat mengganggu kinerja bahan cetakan.
Pencetakan inkjet tidak lagi hanya digunakan untuk dokumen dan gambar. Ini telah menjadi teknik manufaktur penting untuk teknologi canggih seperti mikroelektronik dan MEMS (sistem mikroelektromekanis), di mana lapisan mikroskopis dan pola sirkuit kompleks harus dibuat dengan presisi luar biasa.
Tantangan terbesarnya adalah mengendalikan apa yang terjadi setelah setiap tetesan mendarat di permukaan. Saat cairan mengering, partikel tersuspensi di dalamnya mungkin terkumpul dalam pola yang tidak rata. Salah satu contoh yang paling terkenal adalah efek “cincin kopi”, di mana sebagian besar bahan padat terakumulasi di sekitar tepi luar tetesan, seperti noda yang ditinggalkan oleh tetesan kopi kering.
Produsen sering menambahkan bahan kimia yang mengubah tegangan permukaan cairan untuk menghasilkan lapisan yang lebih halus dan seragam. Namun, bahan tambahan ini tetap ada setelah pengeringan dan dapat mengubah perilaku bahan cetakan, yang tidak diinginkan untuk banyak aplikasi tingkat lanjut.
Kontrol pengeringan dengan gelembung ultra halus
Untuk menghindari masalah tersebut, tim peneliti yang dipimpin oleh Profesor Arata Kaneko mengambil pendekatan berbeda. Daripada memodifikasi tinta dengan surfaktan atau memodifikasi partikel secara kimia, mereka menyebarkan gelembung skala nano yang sangat halus ke dalam cairan.
Untuk percobaan mereka, para peneliti menangguhkan nanopartikel silika dalam air dan melewatkan campuran tersebut melalui generator gelembung ultrahalus. Mereka kemudian memasukkan 1 tetesan nanoliter ke substrat silikon menggunakan nosel inkjet dan membiarkannya mengering.
Hasilnya menunjukkan bahwa gelembung tersebut memberi para peneliti kendali luar biasa atas konfigurasi akhir partikel. Tetesan bebas gelembung menghasilkan efek cincin kopi yang nyata. Memasukkan sejumlah kecil gelembung akan menciptakan lapisan yang jauh lebih seragam, sementara meningkatkan konsentrasi gelembung menyebabkan partikel terakumulasi di dekat pusat tetesan. Gelembung tersebut tidak mengubah nanopartikel itu sendiri, termasuk muatan listriknya. Sebaliknya, mereka mengubah tegangan permukaan cairan dan cara penyebarannya ke seluruh permukaan.
Pencetakan lebih bersih untuk elektronik canggih
Salah satu keuntungan utama dari teknik ini adalah gelembung-gelembung tersebut hilang sepenuhnya saat tetesan mengering, tanpa meninggalkan residu. Hal ini membuat metode ini sangat berguna ketika sifat asli dari nanopartikel harus tetap tidak berubah.
Misalnya, nanopartikel graphene dan molibdenum dioksida biasanya digunakan dalam sensor gas karena konduktivitas listriknya berubah ketika menyerap gas. Sensitivitas sensor ini sangat bergantung pada bentuk endapan yang dicetak. Partikel nano konduktif yang digunakan dalam sirkuit elektronik juga bekerja paling baik jika permukaannya tetap bersih dan semurni mungkin.
Karena gelembung ultrahalus menghilang setelah pengeringan, para peneliti yakin metode mereka dapat memberikan cara yang lebih bersih dan tepat untuk menghasilkan perangkat mikro generasi berikutnya tanpa kekurangan bahan tambahan tinta konvensional.
Penelitian tersebut didukung oleh hibah JSPS KAKENHI nomor JP22H01377 dan JP25K01136, serta Dana Promosi JKA dengan nomor hibah 2024M-394.
