[发明专利]制造微结构的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年2月17日提交的美国临时申请61/153,028的优先权；上述在先申请的全部内容通过引证的方式纳入本说明书中。

发明背景

本发明属于铸造/模塑方法的领域。本发明总体涉及制造模塑或铸造的微结构物体的方法。

铸造和模塑方法很长时间以来被用于生产和复制物体。通常，在铸造或模塑过程中生产出物体的负像；也即，凹进的特征被复制为凸出的特征，反之亦然。于是，通过铸造或模塑来复制物体或特征通常需要至少两个步骤。第一步，围绕母体物体或在其上制造出模型或模板，制造出主体的负像。对于铸造方法，模型或模板被填充入最终产物材料，制造出该模型或模板的负像，得到与母体大体类似的最终产物。在模塑方法中，模型或模板被压印到最终产物材料上而母体的轮廓就被复制到最终产物上。或者，所需最终产物的负像也可以直接制造并用于铸造、模塑或压印过程。

然而，直到最近，铸造和模塑方法才被用于微结构物体。只有少数的美国专利和专利申请公开文本公开了铸造或模塑的微结构物体。例如，美国专利申请公开文本US 2006/0162896公开了通过一次性蜡模具来形成微结构的金属表面的方法。美国专利NO.5,735,985公开了陶瓷微观尺度物体例如一种微观模塑一体化陶瓷反光镜的一种高压压模方法。美国专利No.7,237,337公开了一种含有通过注塑或印刷制得的微结构毛细管层的散热装置。美国专利No.7,410,606公开了一种微结构物体的铸造方法，该方法采用的模具由多个薄层堆叠以形成所需的微观模具而制成。

发明内容

此处所描述的是可用于制造微结构物体的铸造和模塑方法。通过在物体的表面包含多个微观特征，可以赋予物体以其它的特性，例如增强的疏水性。此处所描述的一些铸造和模塑方法还可以制造同时具有微观特征和宏观特征的物体，例如处于宏观特征或所选择的宏观特征区域之上或之内的微观特征。

在一个实施方案中，一种制造微结构最终产物的方法包含以下几个步骤：制造微结构原型；由该微结构原型铸造橡胶，从而制造出微结构橡胶；由该微结构橡胶铸造陶瓷，从而制造出微结构陶瓷；由该微结构陶瓷铸造金属，从而制造出微结构金属；然后由该微结构金属铸造或模塑最终产物材料，从而制造出微结构最终产物。对于一些实施方案，微结构原型包含尺寸选自10nm到100μm范围内的第一组特征，以及尺寸在100μm及更大范围，例如选自100μm到1m，1mm到1m，1cm到1m，或5cm到1m范围内的第二组特征。在一些实施方案中，微观特征的间距选自10nm到100μm范围内。

对于一些实施方案，微结构原型包含多个微观特征，例如尺寸选自10nm到100μm范围内的特征，以及一个或多个宏观特征，例如尺寸在100μm和更大范围，如选自100μm到1m范围内的特征。任选地，至少有一部分微观特征被置于该微结构原型的曲面上。在一个具体的实施方案中，至少一部分微观特征坐落于宏观尺度特征之上和/或之中。在一个更具体的实施方案中，80％到100％的宏观尺度特征的表面积被具有预选择的图案的微观特征所覆盖。

在一个实施方案中，微结构原型的特征以高重现精度被复制到橡胶中，例如复制重现精度选自50％到100％。该方法的一个可选步骤包括在铸造前向微结构原型的表面施加脱模剂，例如选自以下物质的脱模剂：napfin、石蜡、聚硅氧烷、合成蜡、矿物油、聚四氟乙烯、含氟聚合物、硅烷、硫醇以及它们的任意组合。这些以及本领域内技术人员已知的其他脱模剂有助于将铸造的橡胶与原型彼此分离。

在一个具体实施方案中，微结构原型包含具有预选择的图案的微观特征。在一些实施方案中，微观特征的预选择图案在铸造或模塑过程中被转移和/或复制。在具体实施方案中，该预选择图案在多步骤的铸造和/或模塑过程中的每一步都被转移和/或复制，例如在橡胶铸造步骤中、陶瓷铸造步骤中、金属铸造步骤中和/或最终产物模塑或铸造步骤中。

在一个例示性实施方案中，预选择图案为微观特征的规则排列。在另一实施方案中，预选择图案包括了微观特征具有第一间距的区域和微观特征具有第二间距的区域，所述第二间距例如比第一间距大。这里所用的术语“间距”指的是相邻微观特征之间的距离。