CN102448692B - 制造微结构的方法 - Google Patents

Abstract

本文描述的是用于制造微结构物体的铸造和模塑方法。通过在物体表面上包含多个微观特征，可使物体具有其它特性，如增强的疏水性。本文所述的一些铸造和模塑方法还能够制造同时具有微观特征和宏观特征的物体，例如微观特征处于宏观特征或所选择的宏观特征区域之上或之中。

Description

制造微结构的方法

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。

在一个实施方案中，微观特征的预选择图案包括具有第一横截面形状的微观特征的区域，以及具有第二横截面形状的微观特征的区域，所述第二横截面形状例如不同于第一横截面形状。在一个实施方案中，微观特征的预选择图案包括了具有多种横截面形状的微观特征的区域。在一个实施方案中，微观特征的预选择图案为两个或多个具有两种或多种横截面形状的微观特征的阵列。在一个具体实施方案中，该两个或多个阵列并排放置，也就是两个阵列不交叠。在另一具体实施方案中，该两个或多个阵列交叠放置，并且具有两种或多种横截面形状的微观特征散布在交叠的阵列中。

在一个实施方案中，微观特征的预选择图案包括多种尺寸的微观特征，例如双峰或多重峰的尺寸分布。在一个例示性方案中，微观特征的预选择图案包括第一组微观特征，其尺寸选自10nm到1μm，以及第二组微观特征，其尺寸选自1μm到100μm。在一个具体实施方案中，微观特征的尺寸，形状和位置预选择为具有微米或纳米级的准确度或精度。在一个具体实施方案中，在预选择图案中的每一个微观特征具有同样的尺寸。在另一实施方案中，至少一部分在预选择图案中的微观特征具有不同的尺寸。在一些实施方案中，至少一部分在预选择图案中的微观特征的高度/深度：宽度比选自1∶2到7∶1范围内。

在一些实施方案中，微观特征的预选择图案被设计为赋予物体以具体的物理特性。例如微观特征的有序阵列可以使物体的表面具有超疏水性。可通过微观特征的预选择图案调节和赋予的物理特性包括，但不仅限于：疏水性；亲水性；自清洁能力；流体和/或空气动力学阻力系数；光学效应如棱镜效应，特定色彩和方向依赖性色彩变化；触觉效应；抓地力(grip)；以及表面摩擦系数。

总体而言，此处所描述的方法可被用于制造微结构物体，包括模具，原型，初始物体，母体物体和最终产物。一种用于制造微结构物体的这方面的方法包含以下步骤：制造微结构原型；由该微结构原型铸造橡胶，从而制造出具有橡胶微观特征的微结构橡胶。在一些实施方案中，微结构原型可以重复使用，并被用于铸造多个微结构橡胶物体。例如，在一个微结构橡胶物体被从微结构原型上铸造并分离后，该微结构原型可以再次用来铸造其它的微结构橡胶物体。

另一种铸造方法还包含由该微结构橡胶铸造陶瓷、从而制造出包含陶瓷微观特征的微结构陶瓷的步骤。在一些实施方案中，微结构橡胶可以重复使用，并被用于铸造多个微结构陶瓷物体。例如，在一个微结构陶瓷被从微结构橡胶上铸造并分离后，该微结构橡胶可以再次用来铸造其它的微结构陶瓷物体。在一个实施方案中，微结构橡胶包含多个微观特征和/或一个或多个宏观特征。任选地，至少有一部分橡胶微观特征被置于微结构橡胶的曲面上。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或之中。在一些实施方案中，微结构橡胶的特征以高重现精度被复制到陶瓷中，例如复制重现精度选自50％到100％。任选地，在铸造前向微结构橡胶的表面施加脱胶剂，例如选自以下物质的脱胶剂：水、肥皂、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所熟知的其他脱胶剂有助于将铸造的陶瓷与橡胶彼此分离。

另一种铸造方法还包含由微结构的陶瓷铸造金属、从而制造出包含金属微观特征的微结构金属的步骤。在一些实施方案中，微结构陶瓷可以重复使用，并被用于铸造多个微结构金属物体。例如，在一个微结构金属物体被从微结构陶瓷上铸造并分离后，该微结构陶瓷可以再次用来铸造其它的微结构金属物体。在一个实施方案中，微结构陶瓷包含多个微观特征和/或一个或多个宏观特征。任选地，至少有一部分陶瓷微观特征被置于微结构陶瓷的曲面上。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或之中。在一些实施方案中，微结构陶瓷的特征以高重现精度被复制到金属中，例如复制重现精度选自50％到100％。

另一种铸造方法另外包含由微结构的金属铸造或模塑最终产物材料、从而制造出包含最终产物材料微观特征的微结构最终产物的步骤。在一些实施方案中，微结构金属可以重复使用，并被用于铸造或模塑多个微结构最终产物。例如，在一个微结构最终产物被从微结构金属上铸造或模塑并分离后，该微结构金属可以再次用来铸造其它的微结构最终产物。在一个实施方案中，微结构金属包含多个微观特征和/或一个或多个宏观特征。任选地，至少有一部分金属微观特征被置于微结构金属的曲面上。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或之中。在一些实施方案中，微结构金属的特征以高重现精度被复制到最终产物中，例如复制重现精度选自50％到100％。在一些实施方案中，最终产物包含多个微观特征和/或一个或多个宏观特征。任选地，至少有一部分最终产物材料微观特征被置于微结构最终产物的曲面上。

对于一些实施方案，铸造的微结构物体的特征包括一个具有粗糙度的附加层，例如铸造材料本身固有的粗糙度和/或包含尺寸比铸造的特征小的特征。在一个实施方案中，具有粗糙度的附加层对应于组成陶瓷铸造材料的颗粒的尺寸。在一个例示性实施方案中，铸造材料包含尺寸小于铸造的物体特征的颗粒。在具体实施方案中，铸造材料包含直径选自1nm到100μm的球形颗粒。在一个优选实施方案中，铸造材料的颗粒的尺寸小于铸造的特征的尺寸的十分之一。在一个实施方案中，当一个铸造物体包括一个具有粗糙度的附加层时，该具有粗糙度的附加层在随后的铸造过程中被转移到另一个铸造物体。例如，当一个微结构陶瓷包括一个具有粗糙度的附加层时，该粗糙度被复制到由该微结构陶瓷铸造的微结构金属中。在另一个实施方案中，一个含有具有粗糙度的附加层的微结构金属将该具有粗糙度的附加层转移到由该微结构金属铸造或模塑的最终产物中。

在实施方案中，一个有用的微结构物体包含多个微观特征，例如所述特征包括，但不仅限于：孔，柱，阶梯，脊，弯曲区域，升高区域，凹进区域，其它微观制造领域技术人员已知的标准几何形状以及上述特征的任意组合。任选地至少一部分微观特征处于微结构物体的曲面上。在具体实施方案中，该多个微观特征具有选自10nm到100μm范围内的尺寸，例如高度，宽度和/或长度。对于微观特征有用的横截面包括，但不仅限于：圆形，椭圆形，三角形，正方形，矩形，多边形，星形，六边形，字母，数字，数学符号，其它微观制造领域技术人员已知的几何形状以及上述形状的任意组合。

在一个实施方案中，一个有用的微结构物体包含一个或多个宏观尺度特征，例如所述特征包括，但不仅限于：管道，凹槽，突起，脊，凹进区域，升高区域，弯曲区域和上述特征的任意组合或其它有用的宏观尺度特征。在一个具体实施方案中，该宏观尺度特征的尺寸在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。

本申请还将提供制造微结构原型的方法。在一个具体方法中，制造一个微结构原型包含：提供一个原型；将一种微结构聚合物附着到该原型的表面的至少一部分上。对于一些实施方案，该微结构的聚合物包括微观特征的一种预选择图案。例如，微结构的聚合物可包含一种平版印刷图案化的柔性聚合物和/或由下述方法制得的图案，该方法包括，但不仅限于：微图案化技术如光蚀刻，光切除，激光烧蚀，激光图案化，激光机加工，X射线蚀刻，电子束蚀刻，纳米压印蚀刻以及这些方法的任意组合。在一个具体实施方案中，附着步骤包含将微结构聚合物的至少一部分折弯，并将微结构聚合物的至少一部分插入和/或附着到原型的宏观尺度特征之中和/或之上。在一个实施方案中，柔性聚合物为柔性弹性体。

在这方面的一个具体实施方案中，制造微结构原型包含以下步骤：提供一个半导体晶片；采用微观特征的预选择图案将半导体晶片图案化；将一种未固化的柔性聚合物模塑到图案化的半导体晶片上；固化该聚合物，从而形成具有微观特征的预选择图案的微结构柔性聚合物；从图案化的半导体晶片上移走微结构柔性聚合物；提供具有一个或多个宏观尺度特征的原型；然后使微结构柔性聚合物的至少一部分变形以使得微结构柔性聚合物与原型的一个或多个宏观尺度特征的至少一部分表面一致。在一个具体实施方案中，原型为大面积的原型。对于一些实施方案，需要多个微结构柔性聚合物部分来覆盖大面积原型的一个或多个宏观尺度特征。在一个实施方案中，柔性聚合物为柔性弹性体。

在这方面的另一个实施方案中，制造微结构原型包含以下步骤：提供一个原型；将未固化聚合物沉积到原型的至少一部分表面上；将一种微结构聚合物附着到一个宏观模具的至少一部分表面上；使宏观模具和微结构聚合物与原型和未固化聚合物相接触；加热加压使未固化聚合物固化；从原型和固化聚合物中释放宏观模具和微结构聚合物。对于一些实施方案，该微结构聚合物包括微观特征的一种预选择图案。在一个具体实施方案中，该微结构聚合物包括一种平版印刷图案化的柔性聚合物。在一个具体实施方案中，附着步骤包括将微结构聚合物的至少一部分折弯，并将微结构聚合物的至少一部分插入和/或附着到宏观模具的宏观尺度特征之中和/或之上。

在这方面的一个具体实施方案中，制造微结构原型包含以下步骤：提供一个半导体晶片；采用微观特征的预选择图案将半导体晶片图案化；将未固化的第一聚合物模塑到图案化的半导体晶片上；使第一聚合物固化，从而形成具有微观特征的预选择图案的微结构柔性聚合物；从图案化的半导体晶片上移走微结构柔性聚合物；提供一个具有一个或多个宏观尺度特征的宏观模具；使微结构柔性聚合物的至少一部分变形以使得微结构柔性聚合物与宏观模具的一个或多个宏观尺度特征的至少一部分表面一致；提供一个具有一个或多个宏观尺度特征的原型；将未固化的第二聚合物沉积到原型的一个或多个宏观尺度特征的至少一部分表面上；使宏观模具和微结构柔性聚合物与原型和未固化第二聚合物相接触；使第二聚合物固化，从而形成具有微观特征的预选择图案的微结构第二聚合物；从原型和微结构第二聚合物中释放宏观模具和微结构柔性聚合物。

在另一个实施方案中，制造微结构原型包含提供一个原型，然后采用微观特征的预选择图案将原型图案化。采用微观特征的预选择图案将原型图案化的可用的方法包括，但不仅限于：钻孔；碾磨；离子碾磨；机加工；放电机加工；电镀；喷墨印刷；电流体力学喷墨印刷；等离子体刻蚀；化学腐蚀；光蚀刻；X射线蚀刻；电子束蚀刻；软蚀刻；模压；冲压模塑；锻造；采用等离子体、气体或液体蚀刻；探针显微术；原子力显微术；纳米压痕显微术(nano-indentation microscopy)；化学汽相沉积；物理汽相沉积；蒸发；静电纺丝；以及将微纤维或丝束织到表面上或表面中。这些和其它图案化方法可以另外与上述采用聚合物的方法相结合；例如，聚合物和/或原型可以直接采用上述任何方法图案化。

在半导体晶片被图案化的实施方案中，可以采用本领域技术人员已知的方法。对于某些实施方案，半导体晶片包括一层光致抗蚀剂。这里所使用的图案化半导体晶片是指具有直接赋予半导体材料之中的图案的半导体晶片，具有未图案化的半导体材料和图案化的表层的半导体晶片，和/或具有图案化的半导体材料和图案化的表层的半导体晶片。具体图案化方法包括，但不仅限于：光蚀刻，光切除，激光烧蚀，激光图案化，激光机加工，X射线蚀刻，电子束蚀刻，纳米压印蚀刻。半导体晶片图案化方法也包括腐蚀方法和对表层例如光致抗蚀剂层图案化有用的方法。

不希望受任何具体理论的束缚，关于本发明的基本原理的理念与理解会有一些讨论。应该认识到，不管任何机械学解释与假设最终正确与否，本发明的实施方案是可操作的并有用的。

附图说明

图1提供了一种制造微结构物体的方法的总览。

图2展示了一个微结构原型的详细情况，带有表面微观特征的放大图。

图3展示了由微结构原型铸造橡胶。

图4展示了一个微结构橡胶的详细情况，带有表面微观特征的放大图。

图5展示了一个微结构橡胶的图像，带有橡胶微观特征的放大图像。

图6展示了由微结构橡胶铸造陶瓷。

图7展示了一个微结构陶瓷的详细情况，带有表面微观特征的放大图。

图8展示了一个微结构陶瓷的图像，带有陶瓷微观特征的放大图像。

图9展示了由微结构陶瓷铸造金属。

图10展示了一个微结构金属的详细情况，带有表面微观特征的放大图。

图11展示了一个微结构金属的图像，带有金属微观特征的放大图像。

图12展示了由微结构金属铸造或模塑的最终产物。

图13展示了一个微结构最终产物的详细情况，带有表面微观特征的放大图。

图14展示了最终产物微观特征的放大图像。

图15展示了各种形状的最终产物微观特征的放大图像。

图16展示了附着到原型上的微结构柔性聚合物。

图17展示了组合的微结构原型。

图18展示了一个微结构原型的图像，带有柔性聚合物微观特征的放大图像。

图19展示了附着到宏观模具上的微结构柔性聚合物。

图20展示了附着到原型上的未固化聚合物。

图21展示了带有附着的微结构柔性聚合物的宏观模具对附着到原型上的未固化聚合物进行模塑。

图22展示了带有固化的微结构聚合物的原型，该聚合物被带有附着的微结构柔性聚合物的宏观模具模塑。

图23展示了直接模塑的微结构原型的图像，带有固化聚合物的微观特征的放大图像。

图24提供了对柔性聚合物图案化的方法的总览。

图25展示了微结构柔性聚合物附着到一个结构上的详细情况。

图26提供了微结构铝制物体的图像。

具体实施方式

一般来说这里所用的术语和短语具有其在本领域中公知的含义，可以在标准、期刊参考文献和本领域技术人员已知的文章中找到。下列定义被提供用于阐明它们在本发明中的具体应用。

“微结构物体”指的是具有多个微观特征的物体。具体微结构物体包括微结构原型，微结构橡胶，微结构陶瓷，微结构金属和微结构最终产物。

“预选择图案”指的是有组织、有构思或有计划的物体的排列。例如，微观特征的预选择图案可以是微观特征的有序阵列。在一个实施方案中，预选择图案不是随机的和/或统计学的图案。

“铸造”是指一种制造方法，其中将一种液体材料或一种浆体倒入或以其它方式提供到一个模具或其它初始物体的里面、上面和/或周围，例如用于将模具或初始物体的特征复制到铸造材料中。铸造方法一般包括一个冷却或固化过程，使铸造材料和/或前体材料固化和/或变成固态或刚性。一些铸造方法还包括一个最终烧结、加热或烘焙步骤使“生坯”或未最终固化的物体固化。对于一些铸造方法，模具或初始物体的特征在铸造材料固化过程中被引入铸造材料。在具体实施方案中，材料如橡胶，陶瓷和/或金属由与液体或浆体材料相容的模具或初始物体铸造；所述相容也即当与液体或浆体材料相接触时所述模具或初始物体不会变形、熔化和/或损坏。

“模塑”或“冲压”是指这样一种制造过程，其中通过采用一个刚性模具或其它初始物体使材料成形或强制获得一种图案。模塑方法一般包括将模具或初始物体与要模塑的材料相接触，并对模具、初始物体和/或要模塑的材料施加一个力。对于一些模塑方法，模具或初始物体的特征在模塑过程中被复制到要模塑的材料上。在具体实施方案中，最终产物，如橡胶，通过图案化的金属物体模塑。

“脱模剂”是指一类物质，其用于铸造橡胶的模具或初始物体的表面，以改善和/或帮助铸造橡胶从模具或初始物体脱离。具体的脱模剂包括选自以下物质的材料：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、其他本领域技术人员已知的脱模剂以及它们的任意混合物。有些脱模剂还可用作脱胶剂。

“脱胶剂”是指这样一类物质，其用于铸造陶瓷的模具或初始物体的表面，以改善和/或帮助铸造陶瓷从模具或初始物体脱离。具体的脱胶剂包括选自以下物质的材料：水、肥皂、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、其他本领域技术人员已知的脱胶剂以及它们的任意组合。有些脱胶剂还可用作脱模剂。

“最终产物”是指在一系列制造步骤最后形成的物体。一些最终产物适于用在随后的制造过程中。但是，其它最终产物还需要另外加工，例如着色或其它最终程序。一些最终产物在所述一系列制造步骤的最后达到它们的最终形式，因而适合出售或用于它们预期的用途。具体的最终产物包括，但不限于：可模塑物体；体育用品如把手，棒球球棒，高尔夫球棒，足球，篮球；烹饪器具；厨房用品；浴室用具如马桶，水槽，瓷砖，浴盆，淋浴帘；手持控制器，如用于操作游戏或设备；瓶子；电脑键盘；电脑鼠标；珠宝；鞋；腰带；头盔；管，包括内表面和外表面；蜡烛；玻璃罐和罐盖；糖；涡轮叶片；泵转子；散热片；徽章；窗户；软管；冷却器；轮胎；轮胎面；轮子；和聚合物板。

“原型”是指作为随后的模塑或铸造过程的基础的物体。在一个例示性实施方案中，原型被构造为模仿或包含最终铸造或模塑的物体或最终产物的特征。

“柔性”是指物体的一种性质，该物体能够以可逆的方式变形从而所述物体或材料在变形时不会损坏，所述损坏如裂缝、断裂或非弹性变形。柔性聚合物对于本申请所述的方法很有用。具体的柔性聚合物包括，但不仅限于：橡胶(包括天然橡胶，丁苯橡胶，聚丁二烯橡胶，氯丁橡胶，乙丙橡胶，丁基橡胶，丁腈橡胶，硅橡胶)，丙烯酸类聚合物，尼龙，聚碳酸酯，聚酯，聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，聚氯乙烯，聚烯烃，弹性体和其它本领域技术人员所已知的柔性聚合物。在某些实施方案中，柔性物体或材料可经受选自1％到1300％，10％到1300％，或100％到1300％的应变而不会导致力学破坏(如断裂，裂缝或非弹性变形)。在一些实施方案中，柔性物体或材料可变形至选自100μm到3m范围内的曲率半径而不会导致力学破坏(如断裂，裂缝或非弹性变形)。

“宏观模具”是指在模塑，铸造或接触过程中用于成形或模塑物体的物体模具。在一些实施方案中，采用宏观模具同时使物体在宏观尺度上成形，例如其中特征大于1mm、如1mm到1m、1cm到1m、或5cm到1m，并赋予物体表面以微观特征。

“初始物体”是指用于铸造或模塑过程的物体，所铸造或模塑的物体从上述物体得到其形状、图案和/或特征。在一个具体实施方案中，初始物体指的是原型或母体物体；但是，初始物体也可以是所铸造或模塑的物体在铸造或模塑过程中由其得到形状、图案和/或特征的任何物体。

“铸造物体”是指在铸造过程中形成，并由固化和/或冷却的液体、浆体和/或前体材料制得的物体。

“微观特征”或“微结构”是指在物体或模具表面的特征，其平均宽度、深度、长度和/或厚度在100μm或更小、或选自10nm到100μm的范围，例如10nm到10μm，或10nm到1μm。在某些实施方案中，微观特征坐落于物体的至少一部分较大尺度特征(例如宏观尺度特征)之上和/或之中，微观特征覆盖所述较大尺度特征的至少一部分表面积。在一些实施方案中，微观特征包括凸出特征。在一些实施方案中，微观特征包括凹进特征。

“宏观尺度特征”是指在物体或模具表面的这样的特征，其平均宽度、深度、长度和/或厚度在100μm或更大、例如1mm或更大、5mm或更大、1cm或更大、5cm或更大的范围内，或选自100μm到1m，1mm到1m，1cm到1m或5cm到1m的范围。在一些实施方案中，宏观尺度特征包括凸出特征。在一些实施方案中，宏观尺度特征包括凹进特征。

“重现精度”是指铸造或模塑的物体的质量；重现精度还可以指在铸造或模塑过程中特征能被复制到铸造或模塑的物体上的能力。“高重现精度”具体是指在铸造或模塑过程中模具或初始物体的大部分特征被复制到铸造或模塑的物体上的情况，例如50％到100％的特征，75％到100％的特征，90％到100％的特征，或100％的特征。

“复制”是指在铸造和/或模塑过程中特征被转移和/或再产生的情况。复制的特征与其铸造或模塑来源的原特征通常类似，除了复制的特征表现为原特征的负像的情况；也即是，原特征为凸起特征的地方，复制特征为凹进特征，原特征为凹进特征的地方，复制特征为凸起特征。在一个具体实施方案中，母体物体中的微柱被复制为铸造物体中的微孔，而母体物体中的微孔被复制为铸造物体中的微柱。

“聚合物”是指由通过共价化学键连接的重复结构单元组成的大分子或一种或多种单体的聚合产物，通常特征为高分子量。术语“聚合物”包括均聚物，或主要由单独一种重复单体子单元组成的聚合物。术语“聚合物”也包括共聚物，或主要由两种或多种单体子单元组成的聚合物，如无规、嵌段、交替、多嵌段、接枝、组成递变和其它共聚物。在本发明中有用的聚合物可以是有机聚合物或无机聚合物，可以是无定型、半无定型、结晶或部分结晶状态。含有连接的单体链的交联聚合物在本发明的一些应用中特别有用。在本发明的方法、装置和装置组件中有用的聚合物包括，但不仅限于：塑料，弹性体，热塑性弹性体，弹性塑料，热固性塑料，热塑性塑料和丙烯酸酯。例示性聚合物包括，但不仅限于：乙缩醛聚合物，生物可降解聚合物，纤维素聚合物，含氟聚合物，尼龙，聚丙烯腈聚合物，聚酰胺-酰亚胺聚合物，聚酰亚胺，聚芳基化合物，聚苯并咪唑，聚丁烯，聚碳酸酯，聚酯，聚醚酰亚胺，聚乙烯，聚乙烯共聚物和改性聚乙烯，聚酮，聚甲基丙烯酸甲酯，聚甲基戊烯，聚苯醚和聚苯硫醚，聚邻苯二甲酰胺，聚丙烯，聚氨酯，苯乙烯树脂，砜基树脂，乙烯基树脂，橡胶(包括天然橡胶，丁苯橡胶，聚丁二烯橡胶，氯丁橡胶，乙丙橡胶，丁基橡胶，丁腈橡胶，硅橡胶)，丙烯酸类聚合物，尼龙，聚碳酸酯，聚酯，聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，聚氯乙烯，聚烯烃，或以上物质的任何组合。例示性弹性体包括，但不仅限于：含硅聚合物如聚硅氧烷，包括聚二甲基硅氧烷(即PDMS和h-PDMS)，聚甲基硅氧烷，部分烷基化聚甲基硅氧烷，聚烷基甲基硅氧烷和聚苯基甲基硅氧烷，硅改性弹性体，热塑性弹性体，苯乙烯材料，烯烃材料，聚烯烃，聚氨酯热塑性弹性体，聚酰胺，合成橡胶，聚异丁烯，聚苯乙烯-丁二烯-苯乙烯，聚氨酯，聚氯丁二烯和硅树脂。在一个实施方案中，柔性聚合物为柔性弹性体。

“陶瓷”是指一种在加热和/或干燥过程中固化的无机非金属材料。这里所用的术语陶瓷包括生坯和最终固化的陶瓷材料。在一些实施方案中，一些陶瓷和陶瓷前体在下一个处理或应用之前先经历一个最终固化步骤(例如烧结，加热或烘焙)。具体的陶瓷包括，但不仅限于：瓷器；结晶陶瓷；玻璃陶瓷；沸石；陶器；石膏；氧化物如氧化铝或氧化锆；非氧化物如碳化物，硼化物，氮化物和硅化物；复合陶瓷如颗粒增强陶瓷和氧化物与非氧化物的组合。具体陶瓷前体包括粘土、陶瓷粉末和浆体，例如包含水和另一种陶瓷前体或陶瓷粉末的浆体。在一些实施方案中，陶瓷前体包括有机组分，该有机组分被反应掉(如通过燃烧)或者在固化过程中被结合或去除掉。在具体实施方案中，陶瓷对于铸造金属很有用，因为一些陶瓷材料能经受住与熔融金属相关的条件(如温度)；也即，一些陶瓷在与熔化或液态金属材料接触时不会发生损坏、破裂或变形。在一个实施方案中，陶瓷能够经受高温(如高于500℃)而不发生损坏。

这里描述的为制造微结构的物体的方法。具体方法可彼此一起使用，例如它们能在一系列微结构物体的制造中连续使用。采用本文所述方法制造的微结构物体包括了可以赋予物体以多种有用性质的微观特征区域。例如，微观特征可以使物体具有增加的疏水性和/或使物体具有自清洁能力。微观特征也可以使物体具有光学效应，例如使物体具有棱镜效应、特定颜色，或方向依赖色彩变化或随角异色(color flop)(例如，物体从一个角度看呈现一种特定颜色，而从另一方向看呈现另一种颜色)。

微观特征还可以使物体的表面摩擦或抓地力增强，和/或使物体具有特殊的触感如触摸时有绒毛感、粗糙感或软湿感。微观特征也可以处于物体的特定区域或在其整个表面积上。例如，这些实施方案可以用于减小物体穿过流体时的湍流造成的拖曳(例如类似于高尔夫球的造窝)。

在一个具体实施方案中，微观特征可以改变物体的传热特性，例如通过改变物体的表面积，改变表面与流体的相互作用，或改变成核位置的行为。在一个具体实施方案中，微观特征可使传导产生的热传递降低，例如当微观特征具有很高的长宽比时，只有微观特征的顶端能够与其他物体接触以传导热量，而表面特征之间的空隙就不能很好地传热。

微结构还可以具有导电性，例如金属微结构或包含导电聚合物的微结构。这类导电性微结构可用作，例如，电子装置的一组电导线。这些导电性微结构可以例如直接模压在物体的表面上。

在一方面，微结构轮胎是一种特别有用的最终产物。与其它轮胎相比，微结构轮胎由于具有特殊图案而具有增强的疏水性。微结构轮胎是指轮胎在其至少一部分表面上具有多个微观特征。在一个具体实施方案中，微结构轮胎是指一种在汽车轮胎胎面部分具有多个微结构的轮胎。轮胎其它区域的微结构也很有用，例如轮胎的微结构侧壁或其它区域可以减小拖曳，使总体性能增强。

图1提供了制造微结构物体的例示性方法的总览。首先，提供了一种微结构原型101，在其曲面上有微观特征102区域。然后，由微结构原型101铸造橡胶，得到微结构橡胶103。原型微观特征102在铸造过程中被复制为微结构橡胶103曲面上的橡胶微观特征104。接着，由微结构橡胶103铸造陶瓷，得到微结构陶瓷105。橡胶微观特征104在铸造过程中被复制为微结构陶瓷105曲面上的陶瓷微观特征106。然后，由微结构陶瓷105铸造金属，得到微结构金属107。陶瓷微观特征106在铸造过程中被复制为微结构金属107曲面上的金属微观特征108。最后，由微结构金属107铸造或模塑最终产物，得到微结构最终产物109。金属微观特征108在铸造或模塑过程中被复制为微结构最终产物109曲面上的最终产物微观特征110。

图2描述了一种微结构原型201实施方案的细节，显示了微观特征202的放大图。在该实施方案中，微观特征202为微柱；也即它们为从原型表面延伸出来的圆柱状结构。然而对于一些实施方案，微观特征可包括带有任何横截面形状、包括圆形、椭圆形、三角形、正方形、矩形、多边形、星形、六边形、字母、数字、数学符号及上述形状的任意组合的孔、柱、阶梯、脊、弯曲区域、凹进区域、升高区域，以及上述特征的任意组合。

图3展示了由微结构原型301铸造的橡胶303。微结构原型301可以以高铸造重现精度多次用于铸造橡胶。图4描述了一种微结构橡胶403实施方案的细节，显示了微观特征404的放大图。在该方案中，微观特征404为孔，表现为图2所示的微柱的负像。图5展示了由微结构原型铸造的微结构橡胶503的一张图像，带有在铸造过程中以高重现精度复制的橡胶微观特征504的放大图像。放大图像中的条形表示50μm距离。

图6展示了由微结构橡胶603铸造的陶瓷605。微结构橡胶603可以以高铸造重现精度多次用于铸造陶瓷。图7描述了一种微结构陶瓷705实施方案的细节，显示出微观特征706的放大图。在该方案中，微观特征706为柱，与图2所示类似，表现为图4所示的微孔的负像。图8展示了由微结构橡胶铸造的微结构陶瓷805的一张图像，带有在铸造过程中以高重现精度复制的陶瓷微观特征806的放大图像。放大图像中的条形表示300μm距离。

图9展示了由微结构陶瓷905铸造的金属907。图10描述了一种微结构金属1007实施方案的细节，显示了微观特征1008的放大图。在该方案中，微观特征1008为孔，与图4所示类似，表现为图2和图7所示的微柱的负像。图11展示了由微结构陶瓷铸造的微结构金属1107的一张图像，带有在铸造过程中以高重现精度复制的金属微观特征1108的放大图像。放大图像中的条形表示200μm距离。

图12展示了由微结构金属1207铸造或模塑的最终产物1209。图13描述了一种微结构最终产物1309实施方案的细节，显示了微观特征1310的放大图。在该实施方案中，微观特征1310为柱，与图2和图7所示类似，表现为图4和图10所示的孔的负像。图14展示了在铸造或模塑过程中以高重现精度复制的微观特征图像。图像中的条形表示60μm距离。图15展示了横截面为圆形、椭圆形、三角形和正方形的其它微观特征实施方案的图像。椭圆型和三角形实施方案说明横截面形状的取向可以有很多种选择。

如上所述，可以考虑多种制造微结构原型的方案。在一个具体实施方案中，一种微结构柔性聚合物附着到原型的表面上。该微结构柔性聚合物可采用以下方法图案化，该方法包括，但不仅限于：钻孔；碾磨；离子碾磨；机加工；放电机加工；电镀；喷墨印刷；电流体力学喷墨印刷；等离子体蚀刻；化学腐蚀；平版印刷图案化技术例如光蚀刻、X射线蚀刻、电子束蚀刻、软蚀刻；模压；冲压；模塑；锻造；采用等离子、气体或液体蚀刻；探针显微术；原子力显微术；纳米压痕显微术；化学汽相沉积；物理汽相沉积；蒸发；静电纺丝；或将微纤维或丝束织到表面上或表面中。图16展示了一个实施方案，其中具有多个微柱的微结构聚合物1602插入到原型1601的凹槽中。图17展示了得到的微结构原型1701。图18展示了带有微结构柔性聚合物插入其凹槽中的原型1801实施方案的图像。图18也展示了具有微柱型微观特征1802的微结构柔性聚合物的放大图像。放大图像中的条形表示100μm距离。

在另一实施方案中，微结构被直接模塑到原型上。一种方法包括提供一种如图19所示的微结构柔性聚合物1911并附着到宏观模具1912的表面。接下来，一种未固化聚合物2013被放置于原型2001上微结构的所需位置上，如图20所示。如图21所示，宏观模具2112和微结构聚合物2111与原型2101和未固化聚合物2113相接触，其中加热加压使未固化聚合物固化。图22描述了得到的具有微观特征2202的微结构原型2201。图23展示了微观特征直接模塑到原型2301上的微结构原型的图像。图23也展示了具有在模塑过程中以高重现精度复制的微观特征2302的微结构原型的放大图像。放大图像中的条形表示150μm距离。

本发明将通过下列非限制性实施例进一步加深理解。

实施例1：微铸造过程链和过程细节

本实施例描述了将微结构铸造到三种不同材料的曲面上的方法，该材料为：橡胶，陶瓷和金属。图1展示了微模塑铸造过程链。微铸造过程链从微结构结合到其曲面上的原型开始。橡胶被铸造到微结构原型的曲面上，陶瓷被铸造到微结构橡胶的曲面上，金属被铸造到微结构陶瓷的曲面上，然后微结构金属模塑或铸造最终产物的曲面。微结构在过程链的所有步骤中均复制。尽管本实施例描述了具有微柱的微结构原型，但本方法不局限于微柱。微结构原型可以具有在过程链的所有步骤中均复制的微孔或其它几何结构。

本实施例描述了两种方法来使原型微结构化：微结构聚合物的插入和微结构的直接模塑。图16和17阐述了插入途径。插入途径以柔性微结构聚合物1611和具有厘米尺度的凹槽的原型1601开始。柔性微结构聚合物被插入并附着于原型的厘米尺度的凹槽中，得到微结构的原型1701。图18展示了微结构原型1801的图像，其中微结构1802插入并附着到厘米尺度的凹槽中。图19，20和21阐述了直接模塑途径。带有微孔的柔性聚合物1911附着到宏观模具1912上制得微结构模具。未固化聚合物2013沉积到原型2001的厘米尺度的凹槽中，并且微结构模具2112挤压并加热原型2101和未固化聚合物2113，固化沉积的聚合物。微结构模具脱离原型得到微结构原型2201。图23展示了微结构原型2301的图像，其具有直接模塑到原型的厘米尺度的凹槽中的微结构2302。在插入和直接模塑两种途径中，微结构原型的曲面上均具有保形的微结构的覆盖。

图2，3和4说明了微结构原型到橡胶的铸造步骤。如果需要的话，可将脱模剂喷到微结构原型模具201上以帮助橡胶从微结构原型上脱模。一种所用脱模剂来自Ciba Specialty Chemicals，由napfin、石蜡、聚硅氧烷、合成蜡和矿物油组成。当由微结构原型201/301铸造橡胶303时，微结构202从微结构原型201/301复制到微结构橡胶中。汞柱22的真空帮助橡胶303铸造到微结构原型201/301中。在本实施例中，微孔404从微结构原型201/301中的微柱202被铸造到微结构橡胶403中。图5展示了复制到橡胶中的微结构504的图像。将微结构橡胶中的微孔与微结构原型中的微柱相比较，可以看出微结构橡胶以高重现精度由微结构原型铸造。

图4，6和7说明了微结构橡胶到陶瓷的铸造步骤。一种所用的陶瓷是来自Ransom and Randolph的Rantyre Investment，是一种水基石膏。任何与牙科石膏类似的石膏也都是合适的。如果需要的话，可将脱胶剂喷到微结构橡胶模具403上以帮助陶瓷从微结构橡胶模具上脱模。所用的一种脱胶剂为简单的溶于水中的肥皂。当由微结构橡胶403/603铸造陶瓷605时，微结构橡胶表面复制到陶瓷605中。陶瓷在大气压力下振动大约30秒以除去其中的气泡然后硬化。在本实施例中，微柱706通过微结构橡胶403/603中的微孔铸造到微结构陶瓷705中。图8展示了复制到陶瓷中的微结构806的图像。将微结构陶瓷中的微柱与微结构橡胶中的微孔相比较，可以看出微结构陶瓷以高重现精度铸造于微结构橡胶上。然后将微结构陶瓷在用其铸造金属前固化，例如于150℃下固化12小时。

图7，9和10说明了微结构陶瓷到金属的铸造步骤。当由微结构陶瓷905铸造金属907时，微结构陶瓷表面复制到金属中。在本实施例中，金属微孔1008通过微结构陶瓷705/905中的微柱706铸造。图11展示了复制到金属中的微结构1108的图像。将微结构金属中的微孔与微结构陶瓷中的微柱相比较，可以看出微结构金属以高重现精度铸造于微结构陶瓷上。

图12和13说明了微结构金属到最终产物的铸造或模塑步骤。当微结构金属1207铸造或模塑最终产物1209时，微结构金属表面复制到最终产物中。在本实施例中，微结构金属1007/1207中的微孔1008将微柱1310模塑到微结构最终产物1309中。图14展示了微结构最终产物付诸实施的图像。尽管这种具体的最终产物通过模塑制造，但也可以采用铸造方法。

图15展示了被微模塑到最终产物中的多种形状。10-50μm宽的圆形，椭圆形，三角形和正方形被微模塑到最终产物中，其高度在35-70μm范围内。高宽比为7∶1(高度：宽度)的微结构被模塑到最终产物中。圆形和椭圆形表明这种方法可以用来在最终产物中制造圆的微结构。三角形和正方形表明这种方法可以用来在最终产物中制造锐角直边的微结构。

实施例2：定制的微米尺度和纳米尺度结构的制造方法

图24示出一种制造平版印刷确定的微/纳米结构阵列(Lithographically Defined Arrays of Micro/Nanostructures，LDAMN)的技术。该技术以一个基底2414开始，其上部有对光或粒子敏感的光敏聚合物或抗蚀剂2415。通过将光束2416穿过模版掩模2417照射到抗蚀剂上，可在抗蚀剂中形成微米尺度或纳米尺度的结构。其它种类的电磁波、能量束或粒子也可以用来形成这些微结构或纳米结构。这些结构可被排列成图案或不排列，但其关键特性在于制造过程以微米尺度或纳米尺度的准确度和精度控制着它们的尺寸、形状和位置。

在这一步具有定制的微结构或纳米结构的抗蚀剂可作为模具。基底也可以经过处理(例如用化学腐蚀)以改良微结构。此外，可以将表面涂覆一种试剂，以简化或改良随后的模塑过程。

未固化聚合物可被模塑到微结构中，并通过加热、老化、紫外线或其它固化方法固化。当固化的聚合物1428被从基底-抗蚀剂模具上移走时，结构从模具上被转移到聚合物中，也具有机械柔性。

图25展示了将具有定制的微结构或纳米结构的聚合物整合到毫米尺度或厘米尺度的凹槽中的过程。该过程以具有微结构的柔性聚合物板2518和适合接收柔性聚合物板的结构2519开始。粘合剂2520被施用到接收结构的厘米尺度的凹槽上，柔性聚合物板被插入到该厘米尺度的凹槽中。一旦粘合剂固化，柔性聚合物板就被牢固地连接到所述结构上。现在的组合结构适于进行随后的模塑和/或铸造步骤。

实施例3：微结构物体的再利用性能和微观特征的不均一性

制造具有微观特征的预选择图案的微结构原型。预选择图案包括两个不同微观特征形状的区域。第一个区域包括100μm高的微柱，该微柱具有100μm宽的三角形横截面。第二个区域包括100μm高的微柱，该微柱具有100μm宽的圆形横截面。

橡胶被铸造到微结构原型上，制得第一微结构橡胶物体。所得微结构橡胶物体包括两个不同微观特征形状的区域，该区域由对微结构原型的相应区域的铸造形成。第一个区域在微结构橡胶中形成100μm深的微孔，具有100μm宽的三角形横截面。第二个区域在微结构橡胶中形成100μm深的微孔，具有100μm宽的圆形横截面。

当第一微结构橡胶从微结构原型上去除时，橡胶被再次铸造到该微结构原型上，制得具有与第一微结构橡胶物体的微观特征相同的微观特征的第二微结构橡胶物体。

陶瓷被铸造到第二微结构橡胶物体上，制得第一微结构陶瓷物体。所得微结构陶瓷物体包括两个不同微观特征形状的区域，该区域由对微结构橡胶的相应区域的铸造形成。第一个区域在微结构陶瓷中形成100μm高的微柱，具有100μm宽的三角形横截面。第二个区域在微结构陶瓷中形成100μm高的微柱，具有100μm宽的圆形横截面。

当第一微结构陶瓷从第二微结构橡胶物体上去除时，陶瓷被再次铸造到第二微结构橡胶物体上，制得具有与第一微结构陶瓷物体的微观特征相同的微观特征的第二微结构陶瓷物体。

最后，铝被铸造到第二微结构陶瓷物体上，制得微结构铝物体2600。所得微结构铝物体包括两个不同微观特征形状的区域，该区域由对第二微结构陶瓷物体的相应区域的铸造形成。图26展示了该微结构铝物体2600的图片。第一个区域2601在微结构橡胶中形成100μm深的微孔2602，具有100μm宽的三角形横截面。第二个区域2603在微结构橡胶中形成100μm深的微孔2604，具有100μm宽的圆形横截面。

微结构原型包括在多个铸造步骤中被转移到微结构铝中的弯曲区域。在图26中，可以观察到弯曲部分接近照片的底部2605，在该区域由于照相机的景深较浅而使照片变得模糊。

参考文献

美国专利申请公开文本No.US 2006/0162896.

美国专利No.5,735,985.

美国专利No.6,502,622.

美国专利No.7,237,337.

美国专利No.6,511,622.

美国专利No.7,410,606.

Schmitz，Grohn和Buhrig-Polaczek，Advanced EngineeringMaterials 2007，9，No.4，pp.265-270.

Baumeister，Okolo和Rogner，Microsyst.Technol.(2008)14：1647-1655.

Baumeister，Ruprecht和Hausselt，Microsyst.Technol.(2004)10：261-264.

Rath，Baumeister和Hausselt，Microsyst.Technol.(2006)12：258-266.

Baumeister，Rath和Hausselt，Microsyst.Technol.(2006)12：773-777.

Baumeister，Okolo，Rogner，Ruprecht，Kerscher，Schulze Hauβelt和Lohe，Microsyst.Technol.(2008)14：1813-1821.

Baumeister，Ruprecht和Hausselt，Microsyst.Technol.(2004)10：484-488.

Baumeister，Mueller，Ruprecht和Hausselt，Microsyst.Technol.(2002)8：105-108.

Barbieri，Wagner和Hoffman，Langmuir(2007)23：1723-1734.

Hua，Sun，Gaur，Meitl，Bilhaut，Rotkina，Wang，Geil，Shim，Rogers和Shim，Nano Lett.(2004)4：2467-2471.

Auger，Schilardi，Caretti，Sanchez，Benitez，Albella，Gago，Fonticelli，Vasquez，Salvarezza和Azzaroni，Small(2005)1：300-309.

Wang，Liang，Liang和Chou，Nano Lett.(2008)8：1986-1990.

Bico，Thiele，Quere，Colloids和Surfaces A(2002)，206：41-46.

Lee，Yoon和Kim，J.Phys.Chem.Solids(2008)，69：2131-2136.

Kumar，Tang和Schroers，Nature(2009)，457：868-872.

Guo，Advanced Materials(2007)，19：495-513.

关于以引用方式结合与改变的申明

本申请的所有参考文献，例如专利文件，包括已公布的或授权的专利或等价物，专利申请出版物，和非专利文献文件或其它来源的材料；均通过引证的方式全文纳入本申请中，就像单独地通过引证的方式纳入本申请，每个引用至少部分地不与本申请所公开的内容相冲突(例如，一个部分冲突的参考文献通过除了其部分冲突的那部分而引证的方式纳入本申请中)。

美国临时专利申请“Methods for Fabricating Microstructures”，2009年2月17号提交，发明人为William P.King和Andrew H.Cannon，序列号为61/153,028，在此通过引证的方式全文纳入本申请中到不与本发明内容相冲突的程度。

本发明内容中提到的所有专利和出版物用于表明本发明所属的领域内的技术人员技术水平。本文所引用的参考文献均以引证的方式全文纳入以表明该技术领域的状态，在一些情况下到它们申请日为止，并且该信息意图被用来——如果需要的话——排除(例如，放弃)现有技术中的具体实施方案。例如，要求保护一种化合物时，应理解为现有技术中已知的化合物，包括本文所引用的文献中公开的某些化合物(特别是引用的专利文件)，将不会被包含在权利要求中。

当一组取代基在此处被公开时，可以理解为该组中所有单个成员和所有可用这些取代基形成的亚组和类均分别地公开了。当这里使用了马库什组或其它组时，该组的所有成员和该组所有可能的组合和亚组合均意图独立地包括在公开内容当中。

每一种描述的和例示的组份的制剂和组合均可用来实现本发明，除非另外指出。材料的具体名称只是例示性的，因为已知任何本领域内的一般技术人员都可以对相同的材料给出不同的命名。任何本领域内的一般技术人员均可认识到，无需不合理的实验，除了明确举例的这些以外，其它方法，装置元件，起始材料，和合成方法也都可以用来实现本发明。所有本领域内已知的任何这种方法，装置元件，起始材料，和合成方法的功能等价物都将包括在本发明中。任何时候在本发明内容中给出范围时，例如温度范围，时间范围，或组成范围，所给范围中包括的所有中间范围和子范围以及所有单独的值均包括在本发明中。

这里所用的“包含”与“包括”、“含有”或“特征为”同义，为包含的或开放式的，并不排除额外的、未详述的元素和方法步骤。这里所用的“由...组成”排除任何权利要求中未说明的元素、步骤或成分。这里所用的“基本上由...组成”不排除不会在本质上影响权利要求的基本性质和新颖性的材料或步骤。这里所述的任何术语“包含”，特别是在描述组合物的组分或描述装置的元件时，应理解为包含那些基本上由所述组分或元件组成的或由其组成的组合物或方法。此处说明性地描述的发明，在缺乏没有具体公开的任何元件或限制条件的情况下，均可以恰当的实现。

此处所用的术语和表示均为了描述，而不作为限制，而使用这些术语和表示并不排除所展示和描述的特征或其部分的等价物，但应认识到可以在本发明所要求的范围内做多种修正。因此，应理解尽管本发明已通过优选实施方案和任选特征明确地作出了描述，本领域技术人员还可以对此处所公开的概念作出修正和改动，而这些修正和改动仍将处于由附于后面的权利要求书所定义的本发明的范围中。

Claims (19)

1.一种制造微结构物体的方法，该方法包含以下步骤：

制造微结构原型，其包含一个或多个具有预选择图案的微观特征，所述微观特征的尺寸选自10nm到100μm范围内，以及一个或多个宏观尺度特征，所述宏观尺度特征的尺寸选自100μm到1m范围内；和

由该微结构原型铸造橡胶，从而制造出包含具有预选择图案的橡胶微观特征的微结构橡胶，

制造微结构原型的步骤包括：提供一个用于获得该微结构原型的原型；使包含一个或多个具有预选择图案的微观特征的微结构柔性聚合物的至少一部分变形以使得变形的微结构柔性聚合物与用于获得该微结构原型的原型的一个或多个宏观尺度特征的至少一部分表面相符；和使变形的微结构柔性聚合物与用于获得该微结构原型的原型的一个或多个宏观尺度特征连接。

2.权利要求1的方法，另外包含以下步骤：

由微结构橡胶铸造陶瓷，从而制造出包含具有预选择图案的陶瓷微观特征的微结构陶瓷。

3.权利要求2的方法，另外包含以下步骤：

由微结构陶瓷铸造金属，从而制造出包含具有预选择图案的金属微观特征的微结构金属。

4.权利要求3的方法，另外包含以下步骤：

由微结构金属铸造或模塑最终产物材料，从而制造出包含具有预选择图案的最终产物材料微观特征的微结构最终产物。

5.权利要求1的方法，其中制造微结构原型的步骤包括：

提供一个半导体晶片；

采用微观特征的预选择图案将该半导体晶片图案化；

将一种未固化的柔性聚合物模塑到图案化的半导体晶片上；

固化该聚合物，从而形成该微结构柔性聚合物；和

从图案化半导体晶片上移走微结构柔性聚合物。

6.权利要求1的方法，其中在变形步骤中微结构柔性聚合物的至少一部分变形至曲率半径选自100μm到3m范围内，或者其中微结构聚合物的至少一部分变形至应变水平选自1%到1300%范围内。

7.权利要求2的方法，其中微结构陶瓷包括一个具有粗糙度的附加层，所述附加层包含尺寸小于具有预选择图案的陶瓷微观特征的特征，且其中该具有粗糙度的附加层在其它铸造或模塑步骤中被复制。

8.权利要求1的方法，其中微观特征的间距选自10nm到100μm范围内，其中至少一部分微观特征坐落于该微结构原型的宏观尺度特征之上和/或之中且其中该原型的宏观尺度特征的80%到100%的表面积被微观特征的预选择图案覆盖。

9.一种制造一种微结构最终产物的方法，该方法包含以下步骤：

制造包含具有预选择图案的微观特征的微结构原型；

由该微结构原型铸造橡胶，从而制造出包含具有预选择图案的橡胶微观特征的微结构橡胶；

由该微结构橡胶铸造陶瓷，从而制造出包含具有预选择图案的陶瓷微观特征的微结构陶瓷；

由该微结构陶瓷铸造金属，从而制造出包含具有预选择图案的金属微观特征的微结构金属；

由该微结构金属铸造或模塑最终产物材料，从而制造出包含具有预选择图案的最终产物材料微观特征的微结构最终产物，

制造微结构原型的步骤包括：提供一个用于获得该微结构原型的原型；使包含一个或多个具有预选择图案的微观特征的微结构柔性聚合物的至少一部分变形以使得变形的微结构柔性聚合物与用于获得该微结构原型的原型的一个或多个宏观尺度特征的至少一部分表面相符；和使变形的微结构柔性聚合物与用于获得该微结构原型的原型的一个或多个宏观尺度特征连接。

10.权利要求9的方法，其中所述微观特征的尺寸选自10nm到100μm范围内，其中微观特征的间距选自10nm到100μm范围内，其中微结构原型另外包含宏观尺度特征，所述宏观尺度特征尺寸选自100μm到1m范围内，其中至少一部分微观特征坐落于宏观尺度特征之上和/或之中且其中宏观尺度特征的80%到100%的表面积被微观特征的预选择图案覆盖。

11.权利要求9的方法，其中至少一部分微观特征处于微结构原型的曲面上，至少一部分橡胶微观特征处于微结构橡胶的曲面上，至少一部分陶瓷微观特征处于微结构陶瓷的曲面上，至少一部分金属微观特征处于微结构金属的曲面上，并且至少一部分最终产物材料微观特征处于微结构最终产物的曲面上。

12.权利要求9的方法，其中最终产物材料为轮胎橡胶，从而制造出微结构轮胎。

13.权利要求12的方法，其中微结构轮胎包含在汽车轮胎的胎面部分和/或汽车轮胎的侧壁部分的多个微观特征。

14.权利要求9的方法，其中微观特征的预选择图案在每一个铸造和/或模塑步骤中都以选自50%到100%范围内的复制重现精度被复制。

15.权利要求9的方法，其中制造微结构原型的步骤包括：

提供一个半导体晶片；

采用微观特征的预选择图案将半导体晶片图案化；

将一种未固化的柔性聚合物模塑到图案化的半导体晶片上；

固化该聚合物，从而形成微结构柔性聚合物；和

从图案化半导体晶片上移走微结构柔性聚合物。

16.权利要求9的方法，其中在变形步骤中微结构柔性聚合物的至少一部分变形至曲率半径选自100μm到3m范围内，或者其中微结构柔性聚合物的至少一部分变形至应变水平选自1%到1300%范围内。

17.权利要求9的方法，其中微结构陶瓷包括一个具有粗糙度的附加层，所述附加层包含尺寸小于具有预选择图案的陶瓷微观特征的特征，且其中该具有粗糙度的附加层在其它铸造或模塑步骤中被复制。

18.一种制造微结构橡胶体的方法，该方法包含以下步骤：

提供一个半导体晶片；

采用微观特征的预选择图案将半导体晶片图案化；

将一种未固化的柔性聚合物模塑到图案化的半导体晶片上；

固化该模塑的柔性聚合物，从而形成具有微观特征的预选择图案的微结构柔性聚合物；

从图案化半导体晶片上移走形成的微结构柔性聚合物；

提供具有一个或多个宏观尺度特征的大面积原型；

使微结构柔性聚合物的至少一部分变形以使得变形的微结构柔性聚合物与大面积原型的一个或多个宏观尺度特征的至少一部分表面相符；

使变形的微结构柔性聚合物与大面积原型连接；和

从大面积原型和微结构柔性聚合物铸造橡胶，从而在铸造的橡胶体的至少一部分上复制微观特征的预选择图案。

19.一种制造微结构橡胶体的方法，该方法包含以下步骤：

提供一个半导体晶片；

采用微观特征的预选择图案将半导体晶片图案化；

将未固化的第一聚合物模塑到图案化的半导体晶片上；

使模塑的第一聚合物固化，从而形成具有微观特征的预选择图案的微结构第一柔性聚合物；

从图案化半导体晶片上移走形成的微结构第一柔性聚合物；

提供一个具有一个或多个宏观尺度特征的宏观模具；

使微结构第一柔性聚合物的至少一部分变形以使得微结构第一柔性聚合物与宏观模具的一个或多个宏观尺度特征的至少一部分表面相符；

使变形的微结构第一柔性聚合物与宏观模具连接；和

提供一个具有一个或多个宏观尺度特征的大面积原型；

将未固化的第二聚合物沉积到大面积原型的一个或多个宏观尺度特征的至少一部分表面上；

使宏观模具和微结构第一柔性聚合物与大面积原型和未固化第二聚合物相接触；

使未固化第二聚合物固化，从而形成具有微观特征的预选择图案的微结构第二聚合物；

从大面积原型和微结构第二聚合物中释放宏观模具和微结构第一柔性聚合物；

从大面积原型和微结构第二聚合物铸造橡胶，从而在铸造的橡胶体的至少一部分上复制微观特征的预选择图案。