专利名称：修改物体的微结构的方法
技术领域：
本发明涉及物体的材料上和/或材料中的微结构的表面修改和/或体积修改的方法。
具有微结构化表面的物体或材料用作例如光学元件和组件、具有限定修改的表面性质的材料、或功能组件。
经修改的微结构化表面用于例如全息图形式的光学结构；光散射结构；作为诸如透镜阵列、棱镜、或反光结构等光学组件的一部分的结构。具有限定的表面性质的结构是例如明确地且有目标地影响润湿性、电性质或机械性质的结构。例如，润湿性被认为是例如“莲花开花(lotus blossom)效应”；电或电子性质是例如用于LED、“芯片上实验室(Lab on Chip)”等的结构。机械性质是例如摩擦特性，即，具备对应的微结构的物品的静和/或滑动摩擦系数的影响。
体积修改的材料或物体具有采用以各种不同形式的洞、通路和/或开口形式的微结构。这种体积修改的材料用于例如过滤器、薄膜、电子组件等。
表面修改和体积修改的组合通过直接法或通过成形法而成为可能。直接法涉及例如借助于激光器的所谓的直接构造、诸如X射线平板印刷法或特别是电子束平板印刷法之类的平板印刷法、掩模法、蚀刻法、以及诸如例如借助于金刚石的刮削之类的机械方法。借助于模具的压印也是可以的。成形法涉及例如借助于机械工艺或借助于例如可以是UV铸塑树脂等的可硬化材料的成形。
通过上述种类的直接法或成形法的结构化表面的生产由于技术和/或商业的影响通常是有限的。因此，对于限制微结构的全息生产的一般已知的因素是所使用的光波长。为了生产非常精细的结构，涉及短波激光器和复杂且通常是成本密集型的测试结构和材料。非常精细的结构可借助于电子束装置来实现。采用用于该方面的电子平板印刷工序，可用通常是5至50keV的电子束在例如涂于未加工的芯片上的电子敏感漆层上生产深度是0.1μm或更小的结构。在该方面，由于电子在未加工芯片的半导体材料处的散射或由于静电排斥引起的束变形现象，所谓的邻近效应具有分辨率限制作用。这被称为Boersch效应。
在电子平板印刷方面限制的因素是成本密集型装置的可用性、相对长的写入时间、以及由于所采用的电子敏感漆层而产生的限制。
例如，从给定的结构开始，通常要求以较小的比例使用该结构。给定的结构可具有例如1500线/mm，将它改变为例如2000线/mm，即变得更精细。另一个例子是具有限定直径的纳米管的薄膜的分段生产。例如，在全息图法的情况下，可实现的结构分辨率受到所使用的光波长的限制。现在，恰恰对于该分辨率以下的称为“压波长结构”的结构的兴趣很浓。
通常，使用非常小的结构会由于合适的起源技术、成本和/或时间要求而失败。
考虑到这些因素，本发明的目的是提供一种在本说明书的公开部分中陈述的方法，它相对简单且便宜，并适用于微结构或微结构化的材料的有目标的修改。
根据本发明，该目标通过权利要求1的特征来实现，即，通过以下方法步骤a)在物体的材料上和/或材料中的微结构的产生，以及b)用于减小物体的微结构的结构尺寸的材料的体积缩减。
根据本发明的方法具有的优点是在第一步中产生合适的微结构，然后通过材料的体积缩减来减小所述微结构的尺寸。在该情况下，较佳地实现体积缩减，同时基本维持了微结构的相对轮廓。
根据本发明，可借助于所有常用的方法，尤其是借助于平板印刷法或借助于成形法，以在物体的材料上和/或材料中产生微结构。成形法可借助于模具来实现。通过模具的成形可通过施加压力的机械和/或热变形或通过在介质上的浇注来实现。
微结构化的材料从模具的分离可机械地、通过蚀刻、通过溶剂、通过灼烧、通过高温分解等来实现，即，可采用所有可能的方法。
因此，根据本发明的方法包括以下步骤-材料中的微结构的直接写入或成形；-材料的体积缩减同时基本维持具有结构尺寸的相应减小的相对结构轮廓；以及-如此获得物体的使用，例如，作为组件或作为用于对相应地减小的微结构成形的模具。
取决于所涉及的各个要求，上述的方法步骤可执行一次或多次以嵌入对应的精细微结构。
如已指出的，各材料的结构化可借助于激光器、借助于溶剂的蚀刻或溶解掉区域、利用模具等来实现。通过模具的成形一般通过施加压力的机械和/或热变形、通过在介质上的浇注随后凝固、或通过已知的平板印刷工艺来实现。凝固可通过烘干、例如UV硬化之类的化学硬化等来实现。
模具和材料之间的接触时间取决于所期望的且将要实现的相应系统和性质。接触时间可以是小于1秒至几天的时间。模具可包括各种材料。这些材料可包括金属、塑料材料、无机材料等。模具从材料的分离可完全机械地、通过蚀刻、通过溶剂、例如通过溶解掉模具或光刻胶、或通过灼烧、或通过高温分解来实现。模具从材料分离的时间取决于所采用的系统。作为示例，硬化借助于接触和后续的分离期间的UV辐射以及可控高温分解来实现。
热塑性和/或热固化材料和/或合成橡胶可用作根据本发明的方法中的材料。同样，所采用的材料可以是未填充的材料和/或以填充物填充的材料。陶瓷和/或金属材料也可用作该材料。同样，自然材料和/或从自然存在的物质生产的材料可用作该材料。因此，根据本发明的方法可部分地结合各自的处理工序来使用按照体积缩减来区分的所有材料。体积膨胀也是可能的。因此本发明也涉及这方面。
在根据本发明的方法中，也可以采用以上列出的材料的组合，例如，合成材料。
所采用的填充物理想的是填充粒子，其粒子尺寸小于将成形的微结构的尺寸。在该方面，已证明如果微结构尺寸与粒子尺寸的比在2∶1至大于等于100∶1之间是理想的，较佳的是大于10∶1大小的数量级。
“纳米粒子”是市场上可购买的，其粒子尺寸在3至30nm之间。这种纳米粒子例如可用于诸如具有1000线/mm的正弦结构之类的微结构中。
除粒子尺寸外，填充粒子的形状也有很大的影响；因此，如果采用根据本发明的方法使用细长的、纤维形或薄片形构造的填充粒子，则这是有利的。上述种类的这些填充粒子可允许结构的更好成形，因此如果必要的话也可用于不利的微结构尺寸与粒子尺寸之比。可在成形操作中变形的填充粒子也可以是有利的。填充粒子也可以是圆形构造。填充物的使用也可导致微结构的修改。例如，微结构的结构化可用“重叠的”纳米结构来实现。在某些特定的使用情况下，这可以是有利且理想的。
采用根据本发明的方法，用于减小结构尺寸的材料的体积缩减，较佳的是同时基本维持微结构的相对轮廓，可通过物理和/或化学和/或生物工艺来实现。在该方面，体积缩减可通过热收缩、有水和/或溶剂释放的烘干工艺、调整(setting)工艺、烧结工艺、硬化工艺、或有机材料或陶瓷的有目标碳化或焦化来实现。同样，在体积膨胀的情况下，采用原本已知的膨胀工艺是可能的。
尽管关于很多技术材料的目标一般是尽可能小的收缩度，但根据本发明的方法通常试图实现高的收缩度，这可通过对材料的特定修改来实现。
体积变化的示例如下-聚碳酸酯注模成形体积变化约2％-硬化后未填充的聚酯 体积变化约3-7％-粘土体积变化约5-40％-陶瓷材料的碳化(部分经有机修饰的)体积变化约5-50％根据本发明的方法产生的物体可用作组件或用于对微结构成形的模具。因此，材料的使用例如为-光学元件或应用；-用于卫生部门、钢铁工业、电子、电机工程、发电站部门、生物应用、医药、诊断学、机械结构的具有表面修改的性质的材料；-具有体积修改的性质的材料，例如，诸如在过滤器、薄膜、生物应用、医药、诊断、电子和光学元件等技术应用中具有纳米管的材料；-用作用于后续工艺的模具。
权利要求
1.一种在物体的材料上和/或材料中的微结构的表面修改和/或体积修改的方法，其特征在于包括以下方法步骤a)在所述物体的材料上和/或材料中所述微结构的产生，以及b)用于减小所述物体的微结构的结构尺寸的材料的体积缩减。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，实现所述体积缩减同时基本维持所述微结构的轮廓。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微结构借助于平板印刷法而在所述物体的材料上和/或材料中产生。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微结构通过借助于成形法的直接法而在所述物体的材料上和/或材料中产生。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述成形法借助于模具来实现。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述通过模具的成形通过施加压力的机械和/或热变形来实现。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述通过模具的成形通过在介质上的浇注来实现。
8.如权利要求5至7中的一项所述的方法，其特征在于，所述微结构化材料从所述模具的分离是机械地、通过蚀刻、通过溶剂、通过灼烧或通过高温分解来实现的。
9.如权利要求1至8中的一项所述的方法，其特征在于，使用热塑性和/或热固化塑性材料和/或合成橡胶作为所述材料。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，使用以填充物填充和/或未填充的材料作为所述材料。
11.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，使用陶瓷和/或金属材料作为所述材料。
12.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，使用自然材料和/或从自然存在的物质产生的材料作为所述材料。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所使用的所述填充物是粒子，所述粒子的尺寸小于用于成形操作的所述微结构的尺寸。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述微结构的尺寸和所述粒子尺寸的比在2∶1至大于等于100∶1之间，较佳地在大于10∶1大小的数量级。
15.如权利要求13或14所述的方法，其特征在于，采用圆形、细长、纤维形或薄片形的填充粒子。
16.如权利要求1至15中的一项所述的方法，其特征在于，用于结构尺寸减小的材料的体积缩减，较佳地同时基本维持所述微结构的相对轮廓是通过物理和/或化学和/或生物工艺来实现的。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述体积缩减通过热收缩来实现。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述体积缩减通过有水和/或溶剂的释放的烘干工艺来实现。
19.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述体积缩减通过调整工艺来实现。
20.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述体积缩减通过烧结工艺来实现。
21.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述体积缩减通过硬化工艺来实现。
22.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述体积缩减通过碳化工艺来实现。
23.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述体积缩减通过焦化工艺来实现。
24.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法步骤a)和b)可被重复实现。
25.对通过上述权利要求中的一项所述的方法产生的物体的作为组件或用于对微结构成形的模具的使用。
全文摘要
描述了在物体的材料上和/或材料内部的微结构的表面修改和/或体积修改的方法。微结构首先在物体的材料上和/或材料内部产生，随后缩减材料的体积以减小物体的微结构的相对结构尺寸。本发明的方法用于以相对简单且低成本的方式生产十分精细的微结构。
文档编号B81B1/00GK1980853SQ200580022973
公开日2007年6月13日 申请日期2005年7月7日 优先权日2004年7月10日
发明者A·汉森 申请人:Ovd基尼格拉姆股份公司