Beter inzicht in gedrag van inkt op complexe materialen

Onderzoekers van het MESA+ Instituut voor Nanotechnologie van de Universiteit Twente lieten binnen een STW-project zien hoe druppels op een oppervlak samenvloeien. Dat is onder andere nuttige kennis voor printerfabrikant Océ. Die gebruikt dit resultaat om te voorspellen hoe inkt uit een inkjetprinter zich gedraagt als het wordt geprint op complexe materialen. De bevindingen zijn op verschenen in de online editie van Physical Review Letters.
De Twentse onderzoekers lieten waterdruppels op de punt van een naald ontstaan. Deze druppels vielen op een oppervlak, dat achtereenvolgens met verschillende coatings bedekt was. Door de chemische samenstelling van de gebruikte coating te veranderen, konden de onderzoekers de contacthoeken tussen de druppels en het oppervlak variëren. De vorm van de druppels veranderden ze door de naaldjes omhoog en omlaag te bewegen. Op deze manier konden de fysici heel gedetailleerd de invloed van de geometrie van de druppels op de snelheid en manier van samenvloeiing bepalen.
Meteen na het eerste contact tussen de twee druppels ontstaat op het oppervlak een brug. Voor contacthoeken kleiner dan negentig graden schaalt de hoogte van deze brug met de tijd tot de macht tweederde. Zodra de contacthoek van de druppel met het oppervlak echter exact negentig graden wordt, wat overeenkomt met perfect half-bolvormige druppels, schaalt de hoogte van deze brug met de tijd tot de macht een half. Dat betekent dat bolvormige druppels sneller samenvloeien dan druppels met een asymmetrische vorm. Dit resultaat klopt met eerder gemeten resultaten aan vrij zwevende druppels, die als gevolg van de oppervlaktespanning perfect bolvormig zijn.
Het onderzoek maakt deel uit van het Vidi-project van Jacco Snoeijer, waarbinnen hij de beweging van vloeistoffen over oppervlakken bestudeert. Het gedrag van vloeistofdruppels is niet alleen bepalend voor alledaagse fenomenen als condensatie en wolkenvorming. Hoe snel individuele druppels samenvloeien, is ook van belang voor technologische toepassingen. Bij het Vidi-project van Snoeijer zijn dan ook printerfabrikant Océ en chipmachinefabrikant ASML betrokken. Océ wil graag begrijpen hoe inktdruppels samenvloeien, met name op materialen waar de inkt niet direct intrekt. ASML is geïnteresseerd vanwege haar immersietechnologie. Hierbij dient een dun laagje water als extra lens om nog kleinere afbeeldingen te maken.
Het Vidi-project van Snoeijer illustreert goed hoe universiteiten en bedrijfsleven kunnen samenwerken zegt hij: 'Dit onderzoek is fundamenteel van karakter, maar het is van direct belang voor Océ. Zij gebruiken onze resultaten nu al om de wiskundige modellen te valideren waarmee zij het gedrag van hun inkten voorspellen.'