[发明专利]利用不混溶液体局部喷射的薄膜表面结构化

说明书

技术领域

本发明涉及结构化，即在液态或凝胶化薄膜的表面产生拓扑结构。本发明使用微分散打印头喷射与构成薄膜的材料不混溶的材料的液滴。

微分散打印头的使用使得有可能任意改变由此得到的拓扑结构的数量、位置、分布和形状。这种拓扑结构尤其是用于缩减两种材料之间的接触面积或局部改变薄膜的光学性质。

背景技术

可通过传统的微电子技术方法即光刻步骤来使聚合物材料结构化。但是，这些方法依然成本高昂并且它们与有机材料尤其是例如聚合物材料的相容性仍然有限。

此外，称为“热压印(hot embossing)”的技术用于在材料上产生表面拓扑结构。但是，这种技术只能应用于耐受此方法固有的温度和压力的材料。

应该注意到对这两种方法来说，图案的任何改变都需要改变模具或掩模。因此，不可能便捷和经济地改变图案。

Kawase等人的出版物(Adv.Mater.13(21)，1601-05，2001)也描述了一种在有机电子技术中有应用的方法。其包括使用聚合物的溶剂溶解所述聚合物。该溶剂通过喷墨打印头或喷嘴喷射并有效溶解聚合物。但是，在图案周围出现材料的再沉积，这对由此制造的拓扑结构的品质不利。

最后确认的方法是Sirringhaus等人的出版物(Science 290(5499)，2123-26，2000)中描述的方法。在基底上覆盖有利用薄膜获得的亲水区或疏水区。取决于墨的类型，优选局限在亲水区或疏水区上。因此该方法需要在基底上沉积亲水或疏水材料的薄膜，然后通过光刻技术实施图案化。此种方法的成本高并且膜必须在其整个厚度内结构化。

发明内容

因此存在开发用于在多种类型的薄膜表面上可控地产生图案的便捷且经济的方法的显著需求。

因此，本发明涉及在具有液体或凝胶形式的有机薄膜的表面上产生拓扑结构的方法，包括与构成薄膜的材料不混溶的一种液体材料的局部喷射步骤。

根据本发明的方法基于相分离又称作“反混合”的物理原理。喷射的液体材料(以下称作相II)与构成薄膜的材料(以下称作相I)之间的混合不相容性通过这种材料中的液体的不混溶性来反映。由于与相分离相关的物理力，因而第二相(II)排斥构成相I的材料。因此，由相I材料形成的薄膜发生变形。注意，相II材料不是相I材料的溶剂。

本发明关注薄膜的表面结构化。这意味着变形使薄膜凹陷但并不穿过薄膜。换言之，在薄膜位于基底上的一个优选实施方案中，在整个本发明的方法中，薄膜总是具有相同的与基底的接触面积。

如前所述，所关注的薄膜是有机的。实际上，构成薄膜的相I材料是液体或有利的是凝胶形式。更确切地说，这种材料为以下形式之一：溶解的单体、溶解的聚合物、液态单体或聚合物凝胶。

本发明关注的薄膜有利的是具有20微米或更大的厚度。此厚度相当于在喷射不混溶材料时对处于液态或凝胶态的层所测量的厚度。此后，该厚度可以特别通过干燥或者聚合而减小。

如上所述，利用本发明方法产生的拓扑结构局限在膜的表面。更确切地说，其深度不超过膜厚度的50％并且优选保持为小于20％。

在构成薄膜的材料I是液体形式的情况下，其有利的是具有200到5000cps的粘度。这些粘度值通过本领域技术人员熟知的Brookfield技术(环境温度，P＝1个大气压)测定。可能有必要进行预先退火步骤来达到这些值。

作为替代方案并为防止喷射材料的聚结，可取的做法可以是在喷射不混溶材料之前将构成薄膜的材料凝胶化。有利的是通过光聚合或热聚合来实施该凝胶化。为此，可向该材料中添加聚合引发剂。

就用于在薄膜表面产生拓扑结构的材料而言，其具有与薄膜材料不混溶的基本性质。换言之，其与构成薄膜的材料具有混合不相容性。

在使用微分散打印头、甚至更有利地使用喷墨打印头来有利地进行该材料的局部喷射时，优选液体以液滴形式从打印头喷射。因此，在薄膜表面上喷射不混溶材料，有利的是以液滴形式喷射，导致形成空腔。

另外，当此液体具有小于构成薄膜的材料的密度时，观察到只在表面上产生拓扑结构。因此在期望该结构的范围内，这构成一个优选实施方案。但是可以在同一位置反复喷射以“挖凿”图案。

通过变换膜和/或喷射装置，可以在薄膜的不同位置处产生这种拓扑结构。

因此可以选择和控制在薄膜表面上产生的空腔的结构和频率。因此，尤其是根据液滴喷射步骤和构成相I的材料的粘度或其交联度，可以并置变形区以及产生各种拓扑结构。