康斯坦茨大学开发无接触液体处理技术

康斯坦茨大学的研究人员成功开发出一种温和、非接触式的方法，可用于从精密微结构表面收集并清除残留液体。该方法利用蒸汽诱导产生的表面流动，实现对液滴的定向操控与移除。在现代科技领域，许多关键技术依赖于微型元件——例如智能手机中的微芯片。这些元件在生产制造过程中，其表面不可避免地会接触各类液体，而后续必须将这些液体彻底清除。由康斯坦茨大学物理学家斯特凡·卡皮奇卡领导的研究团队，近期提出一种创新方案，通过巧妙运用表面张力，能够更高效地将液体从制成品表面分离。

表面张力：微妙而关键的力量
所有液体都具有天然的表面张力，其强度因物质而异。例如，较高的表面张力使水黾等昆虫得以在水面行走；而在肥皂水中，表面张力则支撑着浑圆饱满的泡沫形成。然而，在微米乃至纳米尺度的精密结构上，与表面张力的相互作用可能带来风险：即使微小的力作用，也可能对这些脆弱结构造成损伤。

微芯片制造包含众多精密而复杂的工序，其中部分步骤必须在湿法环境下进行。“以超薄硅片——即晶圆——加工为例，制成微芯片需经历多个湿法步骤，”卡皮奇卡解释道，“例如在酸浴中蚀刻晶体管，之后必须进行干燥处理。”然而，由于元件尺寸极小、结构敏感，彻底清除使用过的液体并非易事。“简单地擦拭并不可行，残留的污染颗粒可能无法随液体一同去除，”他进一步补充。

引导流体定向运动
为此，研究团队致力于探索一种能够定向引导液体流动且不接触表面的方法，从而使处理过程更为温和。他们借助了所谓的马兰戈尼效应：“当液体表面相邻区域的表面张力存在差异时，会在其间产生一种牵引力。表面张力较高的区域会‘拉动’张力较低的区域，”卡皮奇卡说明，“位于表面之下的液体因而受表面牵引，朝预定方向流动。”

要引发这种流动，首先需制造表面张力差。研究人员通过一个看似反向的操作实现了这一点：添加更多液体。在实验中，他们使用表面张力低于待去除水液的酒精，使其蒸汽在既有液滴上凝结，从而形成所需的张力差异。“通过这种方式产生的流动，我们可在整个表面上进行定向引导，将微细液滴残留逐渐汇聚成更大的液滴。”卡皮奇卡描述道。从视觉上看，其过程类似于雨滴沿窗玻璃滑落：水滴相互融合、逐渐增大——而在此方法中，研究人员能够主动控制这一过程。

该项新技术可广泛应用于涉及微结构表面的多个领域，实现对微型表面的无损干燥，从而为各种微纳米材料的高效制备提供了新的可能。