Các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Khoa học và Kỹ thuật Nano (CeNSE), IISc, đã phát triển được một kỹ thuật in theo yêu cầu (in tùy chỉnh) với chi phí thấp có khả năng tạo ra nhiều loại kích thước bằng cách sử dụng nhiều loại mực. Ngoài in truyền thống, nó cũng có thể hữu ích cho việc in 3-D tế bào sống, vật liệu gốm, mạch điện tử và các thành phần máy móc.

Các máy in được sử dụng hiện nay - từ máy in phun đến máy in sinh học phân phát tế bào sống - có một đầu vòi phun có một lỗ hở rất nhỏ để phun ra các giọt. Tuy nhiên, các hạt ở trong mực hoặc các chất huyền phù tế bào có thể làm tắc lỗ hở nhỏ này, điều này làm hạn chế số lượng các hạt hoặc tế bào có thể được nạp vào ban đầu. Do đó, độ dày của lớp in cũng bị hạn chế.

Kỹ thuật mới thay thế đầu vòi phun bằng một lưới được bao phủ bởi các dây nano được xử lý hóa học có tác dụng ngăn nước. Khi một giọt nước lớn tác động vào lưới này, nó sẽ bật trở lại. Tuy nhiên, một phần nhỏ của chất lỏng khi được đẩy qua lỗ lưới này giống như một tia phản lực vỡ ra, tạo ra các giọt có kích cỡ siêu nhỏ, sau đó được in lên bề mặt.

Các nhà nghiên cứu cho biết, do thời gian tiếp xúc của các giọt va chạm với lưới rất ngắn (khoảng 10 ms), các hạt ở trong mực không có cơ hội làm tắc nghẽn lỗ lưới. Điều này cho phép họ nạp mực với số lượng các hạt nano lớn hơn, cho phép in các đường line mỏng trong một chu kỳ duy nhất. Lưới này cũng có thể dễ dàng làm sạch và tái sử dụng.

Phó Giáo sư Prosenjit Sen, CeNSE, tác giả cao cấp của nghiên cứu đăng trên Nature Communications, cho biết: “Lưới này chỉ tốn một phần nhỏ so với các đầu phun. Điều này làm giảm đáng kể chi phí vận hành so với các kỹ thuật in thông thường”.

Prosenjit Sen và phòng thí nghiệm của ông đã nghiên cứu phát triển các bề mặt có cấu trúc nano có thể đẩy cản nước. Quá trình các giọt nước lớn va vào các mắt lưới có cấu trúc nano này với tốc độ cao, các tia phản lực sẽ bị đẩy ra. Tiến hành nghiên cứu hiện tượng này, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng vận tốc của vòi phun phụt ra cao hơn một cách đáng ngạc nhiên so với vận tốc của giọt va chạm.

Chandantaru Dey Modak, nghiên cứu sinh bậc tiến sỹ tại CeNSE, tác giả đầu tiên của nghiên cứu cho biết: “Điều này gợi ra rằng có một số cơ chế đóng vai trò trong việc tập trung động năng. Chúng tôi bắt đầu đặt ra những câu hỏi, vậy cơ chế tập trung này là gì? Cơ chế này có thể khai thác để tạo ra các giọt đơn lẻ kích cỡ micro một cách đáng tin cậy không?”.

Nhóm nghiên cứu đã quay một video tốc độ cao (50.000 đến 80.000 khung hình/giây) về những giọt va chạm này và phát hiện ra rằng một khoang khí đã được hình thành ở trung tâm giọt.

Trong thời gian pha va chạm bật lại, khoang này bị phá vỡ, tập trung tất cả động năng vào một điểm duy nhất, dẫn đến việc tạo ra các giọt riêng lẻ. Không có các giọt "vệ tinh" - các giọt thứ cấp phân tán không mong muốn - được tạo ra. Kích thước của các giọt được bắn ra cũng có thể được điều chỉnh bằng cách điều chỉnh kích thước lỗ của lưới.

Các nhà nghiên cứu cũng đã chứng minh được việc áp dụng kỹ thuật này cho các ứng dụng khác nhau.

Modak nói: “Sử dụng kỹ thuật in tác động giọt, chúng tôi có thể in các trụ 3-D với các kích thước khác nhau, một mạch điện tử cho các ứng dụng thiết bị bán dẫn và các mảng giọt dựa trên sinh học để nuôi cấy tế bào. Khả năng in nhiều kích cỡ giọt khác nhau, sử dụng các loại mực khác nhau cho các ứng dụng khác nhau làm cho kỹ thuật này trở nên độc đáo”.

P.T.T (NASATI), theo https://phys.org/news/2020-09-low-cost-drop-on-demand-technique.html, 4/9/2020