Sitni mjehurići donose veliku revoluciju u tehnologiji ispisa

Današnji pametni telefoni omogućuju nam pristup gotovo cjelokupnom ljudskom znanju, složene izračune i komunikaciju s drugim krajem svijeta. Istodobno, obični kućni pisači i dalje se redovito bore sa zaglavljenim papirom, začepljenim mlaznicama i skupim spremnicima koji se prazne iznenađujuće brzo. Zbog toga bi se moglo zaključiti da je inkjet ispis tehnologija iz nekog prošlog vremena. Međutim, ista osnovna metoda kojom kućni pisač nanosi tintu na papir koristi se i u znatno naprednijim industrijskim postupcima. Inkjet tehnologija može nanositi vrlo male količine materijala na precizno određena mjesta, zbog čega ima važnu ulogu u proizvodnji mikroelektroničkih i optičkih komponenti. Japanski znanstvenici sada su pronašli način kako dodatno poboljšati preciznost takvog ispisa. Rješenje se krije u nečemu naizgled jednostavnom – mikroskopskim mjehurićima koji se dodaju tekućini prije ispisa. Novi način kontroliranja sušenja tinte U istraživanju objavljenom u znanstvenom časopisu Precision Engineering, tim sa Sveučilišta Tokyo Metropolitan, koji čine Kazuki Shimizu, Takuma Isoya, Takahiro Kono i profesor Arata Kaneko, proučavao je ponašanje vrlo sitnih čestica nakon što kapljica tekućine dospije na površinu i počne isparavati. Cilj je bio postići što ravnomjerniji raspored čestica nakon potpunog sušenja kapljice. Dosadašnji postupci uglavnom su se oslanjali na dodavanje različitih kemijskih tvari. One mogu promijeniti površinsku napetost i način na koji se čestice kreću unutar kapljice, čime se poboljšava završni rezultat ispisa. Takav pristup ipak ima nedostatak. Nakon isparavanja tekućine, kemijski aditivi mogu ostaviti neželjene ostatke na površini. Kod ispisa običnog dokumenta to vjerojatno ne bi predstavljalo ozbiljan problem, ali kod izrade mikroskopskih elektroničkih komponenti i vrlo tankih premaza čak i mala količina ostataka može promijeniti njihova električna, mehanička ili optička svojstva. Japanski istraživači zato su umjesto dodatnih kemikalija upotrijebili iznimno male mjehuriće. Otkrili su da se promjenom njihova broja može utjecati na kretanje čestica tijekom sušenja, a time i na izgled završnog uzorka. Zašto se čestice ne raspoređuju ravnomjerno? Kada kapljica koja sadržava sitne čestice padne na neku površinu, čestice se tijekom isparavanja tekućine ne zadržavaju nužno na mjestu. Unutar kapljice nastaju različita strujanja koja ih mogu gurati prema rubovima ili ih koncentrirati na samo jednom dijelu površine. Rezultat može biti neravnomjeran sloj, s većom količinom materijala uz rubove i tanjim premazom u sredini. Takva pojava često se uspoređuje s mrljom koju iza sebe ostavlja osušena kapljica kave. Kod klasičnog ispisa mala odstupanja uglavnom nisu važna. Međutim, kada se proizvode mikrosenzori, vodljivi elektronički spojevi ili optički elementi, neravnomjerno raspoređen materijal može narušiti rad čitave komponente. Upravo zato je kontroliranje ponašanja svake pojedinačne kapljice iznimno važno za napredne industrijske primjene inkjet tehnologije. Eksperiment s kapljicom od samo jednog nanolitra Kako bi ispitali svoju metodu, istraživači su u vodu prvo dodali vrlo sitne čestice silicijeva dioksida. Pripremljena tekućina zatim je prošla kroz generator mjehurića povezan s inkjet mlaznicom. Nakon toga je na silikonsku podlogu ispuštena kapljica volumena od samo jednog nanolitra. Za usporedbu, jedan nanolitar predstavlja milijarditi dio litre. Kada je voda isparila, znanstvenici su analizirali način na koji su se čestice rasporedile po površini. Rezultati su pokazali da prisutnost vrlo sitnih mjehurića omogućuje stvaranje ujednačenijeg premaza. Još važnije, promjenom broja mjehurića u kapljici bilo je moguće utjecati na konačni raspored čestica. To znači da bi se metoda potencijalno mogla prilagoditi različitim materijalima i vrstama premaza, bez potrebe za dodavanjem kemikalija koje bi iza sebe ostavile neželjene ostatke. Kakve to veze ima s elektronikom? Iako istraživanje koristi inkjet tehnologiju, njegov glavni cilj nije poboljšavanje ispisa fotografija ili dokumenata formata A4. Mnogo veći potencijal nalazi se u proizvodnji mikroelektromehaničkih sustava, poznatijih pod kraticom MEMS, te različitih mikroelektroničkih komponenti. MEMS komponente toliko su male da se često ne mogu vidjeti golim okom. One pretvaraju mehaničke promjene u električne signale ili električne signale u fizičko kretanje. U pametnim telefonima ta se tehnologija koristi za izradu: akcelerometara koji prepoznaju pomicanje i položaj uređaja žiroskopa koji mjere rotaciju mikrofona senzora tlaka pojedinih dijelova kamera i optičkih sustava Slične komponente nalaze se u automobilima, medicinskim uređajima, dronovima, industrijskim strojevima i uređajima Interneta stvari. Kod njihove proizvodnje potrebno je nanositi iznimno tanke i pravilne slojeve materijala. Ako se sitne čestice nakon sušenja rasporede neujednačeno, senzor može davati netočne rezultate ili se ponašati drukčije od predviđenog. Mogućnost kontrole rasporeda čestica pomoću mjehurića mogla bi zato povećati preciznost i pouzdanost proizvodnje MEMS komponenti. Moguća primjena u optičkim i elektroničkim dijelovima Napredni inkjet uređaji već se koriste za ispis pasivnih elektroničkih elemenata, vodljivih struktura i optičkih mikrodijelova. Njihova prednost je mogućnost nanošenja materijala samo ondje gdje je potreban, bez korištenja složenih maski ili uklanjanja viška materijala. To može smanjiti potrošnju skupih sirovina i pojednostaviti određene proizvodne postupke. Nova metoda s mjehurićima mogla bi dodatno povećati kvalitetu takvog ispisa. Budući da mjehurići nakon sušenja ne ostavljaju čvrste kemijske ostatke, posebno bi mogli biti korisni u situacijama u kojima je čistoća površine presudna. Proizvođači bi prilagodbom njihova broja mogli stvarati različite vrste premaza i preciznije kontrolirati njihov završni oblik. Tehnologija još nije spremna za komercijalnu uporabu Istraživanje pokazuje da metoda funkcionira u kontroliranim laboratorijskim uvjetima, ali zasad nije poznato hoće li je i kada proizvođači moći primijeniti u masovnoj proizvodnji. Potrebno je utvrditi može li se broj mjehurića dovoljno precizno kontrolirati pri velikim brzinama ispisa, kako se metoda ponaša s drugim tekućinama i česticama te može li se pouzdano ponavljati na milijunima komponenti. Ekonomska isplativost također će igrati važnu ulogu. Čak i ako tehnologija omogućuje kvalitetnije premaze, proizvođači će je prihvatiti samo ako se može uklopiti u postojeće proizvodne linije bez pretjeranog povećanja troškova. Kućni pisači vjerojatno neće postati pouzdaniji Nova metoda najvjerojatnije neće riješiti probleme koji godinama frustriraju vlasnike kućnih pisača. Mikroskopski mjehurići neće spriječiti zaglavljivanje papira, smanjiti cijenu spremnika niti objasniti zašto pisač odbija ispisati crno-bijeli dokument kada mu nedostaje žute tinte. Istraživanje ipak pokazuje da se inkjet tehnologija razvija u potpuno drukčijem smjeru od klasičnog kućnog ispisa. Dok potrošački pisači često ostavljaju dojam zastarjele i nepouzdane tehnologije, njihove industrijske inačice mogu izrađivati iznimno precizne strukture na mikroskopskoj razini. Sitni mjehurići možda neće spasiti kućne pisače, ali bi mogli pomoći u proizvodnji preciznijih senzora, elektroničkih sklopova i drugih minijaturnih komponenti koje se nalaze u uređajima koje svakodnevno koristimo.   Dražen MatkovićThe post Sitni mjehurići donose veliku revoluciju u tehnologiji ispisa first appeared on PC CHIP.