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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen lokaler,
funktioneller Oberflächenbereiche auf einem Flächensubstrat.
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Stand der Technik
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Die
Laserdrucktechnik, die auf dem Prinzip der Xerographie basiert,
stellt eine weit verbreitete Drucktechnik dar, mit der technische
Oberflächen, zumeist in Form von Papier- oder Folienoberflächen mit
in Pulverform vorliegenden Substanzen bedruckt werden können.
Grundsätzlich wird beim Laserdruckverfahren eine rotierende Fotowalze,
die mit einem Fotohalbleitermaterial beschichtet ist, elektrostatisch
aufgeladen, beispielsweise mit Hilfe einer Vorladungswalze oder
einer Corona, und anschließend mittels einer Laseranordnung
oder einem LED-Array an lokalen Stellen belichtet, wodurch sie an
diesen belichteten Bereichen zumindest teilweise elektrisch entladen
wird. Alle übrigen, unbelichteten Bereiche der Fotowalze
bleiben elektrisch geladen und entsprechen dem Negativabbild der
zu druckenden zweidimensionalen Strukturen, beispielsweise in Form
von Texten, Bildern etc.. Auf die belichtete Fotowalze wird in einem
anschließenden Schritt pulverförmiger Toner übertragen,
wobei der Toner durch Reibung im Druckwerk elektrostatisch aufgeladen wird
und sich deshalb nur auf den entladenen Bereichen der Fotowalze
anzuhaften vermag. Zur Beeinflussung der elektrostatischen Aufladung
des Toners enthalten heutige kommerziell erhältliche Toner
zu etwa 2 bis 4 Vol.% Ladungssteuerungszusätze. Der überwiegende
Bestandteil des Toners, d. h. ca. 80 bis 90 Vol.% besteht aus einem
Trockenlösungsmittel, der sogenannten Matrix, die typischerweise
aus einem Gemisch aus Kunstharz und Wachs besteht. Etwa zu einem
Anteil von 5 bis 18 Vol.% enthält der Toner einen Farbstoffanteil,
beispielsweise in Form von Ruß.
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Für
den Tonertransfer von der Fotowalze auf das Papier wird ein elektrostatisches
Transferfeld angelegt, das der elektrostatischen Aufladung des Toners
entgegengesetzt ist, wofür unterhalb des zu bedruckenden
Mediums, beispielsweise des Papiers, eine Elektrode angeordnet ist,
die beispielsweise als Walze aus leitfähigem Schaumstoff
ausgeführt sein kann. Der Tonerübertrag auf das
Papier basiert physikalisch, neben den herrschenden elektrostatischen Anziehungskräften
zwischen den aufgeladenen Tonerpartikeln und der Elektrode, bzw.
dem durch die Elektrode elektrostatisch aufgeladenen Papier, zudem
auch auf Adhäsionskräften, d. h. auf molekularen
Anziehungskräften, die zwischen den einzelnen Tonerpartikeln
und der Papieroberfläche wirken. So vermag der Toner nach
dem Druckvorgang letztlich nur aufgrund von Adhäsionskräften
auf dem Papier zu haften, jedoch bedarf es zur endgültigen
Fixierung des Toners einer gezielten Wärmeeinwirkung, durch die
der Toner geschmolzen wird und auf diese Weise in die Faserstruktur
des Papiers einzudringen vermag.
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Um
Farbstoffe im Wege der Laserdrucktechnik auf Papier oder einem anderen
Trägersubstrat aufzubringen, bedarf es jeweils unterschiedlich
eingefärbter Tonerpartikel, die über jeweils getrennte Fotowalzen
auf das Papier in der vorstehend bezeichneten Weise aufgebracht
werden. Zur Herstellung unterschiedlich eingefärbter Toner
werden das die Matrix der jeweiligen Tonerpartikel darstellende Trockenlösungsmittel,
der Farbstoff sowie die Ladungssteuerungsmittel miteinander vermischt
und bei einer Temperatur von etwa 80°C bis 150°C
extrudiert. Die im Wege der Extrusion gewonnene Substanz wird zu
Korngrößen von ca. 6 μm bis 10 μm
gemahlen, gesiebt und gesichtet und in einem weiteren Prozessschritt
beispielsweise mit Siliziumdioxid beschichtet, wodurch eine Agglomeration
der einzelnen Tonerkörner verhindert werden kann und ihre
Rieselfähigkeit verbessert wird.
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Weitere
Möglichkeiten zur Tonerherstellung basieren auf dem so
genannten chemischen Mahlverfahren sowie der Emulsionspolymerisation.
Beim chemischen Mahlverfahren werden die einzelnen Komponenten des
Toners in ein flüssiges Trägermedium, beispielsweise
Wasser, bei ca. 80°C bis ca. 100°C gegeben, in
dem sie schmelzen sich jedoch nicht lösen. Durch rotierende
Mühlräder wird die dabei erhaltene Suspension
vermischt und winzige Tröpfchen mit einem Tröpfchendurchmesser
von 6 μm bis 10 μm erzeugt, die abgekühlt
und abgesiebt werden.
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Bei
der Emulsionspolymerisation wird eine Vorstufe des Trockenlösungsmittels
mit den übrigen Komponenten des Toners in einer Mühle
vermischt, wobei die Bildung von Tonerpartikeln durch eine gezielt
eingeleitete Polymerisationsreaktion erfolgt. Die Eigenschaften
der Tonerpartikel, insbesondere ihre Größe, sind
von einer Vielzahl von chemischen und physikalischen Einflüssen
abhängig. Auch der nach einem der beiden chemischen Verfahren
hergestellte Toner kann in einem anschließenden Prozessschritt beschichtet
werden.
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Grundsätzlich
ist festzustellen, dass Tonerpartikel, die chemisch hergestellt
werden, im Gegensatz zu gemahlenem Toner, über runde und
glatte Oberflächen verfügen.
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Darstellung der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf möglichst einfachem
und kostengünstigem Wege flächige Strukturen auf
einem Flächensubstrat oder dreidimensionale, über
eine Flächensubstratoberfläche erhabene Strukturen
zu erzeugen, die über anwenderspezifische technisch, chemisch
oder biologisch nutzbare Eigenschaften verfügen sollen.
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Die
Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist
im Anspruch 1 angegeben. Den Lösungsgedanken vorteilhaft
weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche
sowie der weiteren Beschreibung unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele
zu entnehmen.
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Das
lösungsgemäße Verfahren zum Herstellen
lokaler, funktioneller Oberflächenbereiche auf einem Flächensubstrat
zeichnet sich durch die Kombination der folgenden Verfahrensschritte
aus:
In einem ersten Schritt werden Tonerpartikel zur Verfügung
gestellt, die mit so genannten Funktionspartikeln versehen sind,
die über einen mittleren Durchmesser von 50 nm bis 5 μm
verfügen. Die Tonerpartikel selbst bestehen zumindest teilweise
aus einem Trockenlösungsmittel, der vorstehend bezeichneten Matrix,
und verfügen über einen Durchmesser typischerweise
zwischen 1 μm bis 50 μm. Im Weiteren werden die
mit Funktionspartikeln versehenen Tonerpartikel als funktionalisierte
Tonerpartikel bezeichnet.
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Die
funktionalisierten Tonerpartikel werden nachfolgend auf ein Flächensubstrat
aufgebracht und dies im Wege des Laserdruckverfahrens, bei dem die
lokal an einer Fotowalze anhaftenden funktionalisierten Tonerpartikel
im Wege eines Rollendruckes auf lokale Oberflächenbereiche
des Flächensubstrates übertragen werden. In Abhängigkeit
der im Laserdruckverfahren speziell auftretenden elektrostatischen
Bedingungen, die den Tonertransfer auf die belichtete Fotowalze
und von der Fotowalze auf das Flächensubstrat zumindest
unterstützen, werden den Tonerpartikeln bei ihrer Herstellung
in gleicher Weise wie bei der Herstellung konventioneller Tonerpartikel
Ladungssteuerungszusätze beigegeben. Schließlich erfolgt
ein Fixieren der funktionalisierten Tonerpartikel auf dem Flächensubstrat
bevorzugt im Wege einer Erwärmung und Aufschmelzung der funktionalisierten
Tonerpartikel zur Ausbildung von lokalen Oberflächenbereichen
aus wiederverfestigtem, funktionellem Toner. Weitere Möglichkeiten
zur Fixierung der funktionalisierten Tonerpartikel sind das Ausüben
von mechanischem Druck auf das Substrat, wodurch die Tonerpartikel
in das Substrat eingewalzt werden, oder die Anwendung chemischer Lösungsmittel,
welche die Tonerpartikel anlösen und nach dem Abtrocknen
des Lösungsmittels zur Ausbildung von lokalen Oberflächenbereichen
aus wiederverfestigtem, funktionellem Toner führen. Selbstverständlich
sind auch Kombinationen der verschiedenen Fixierverfahren möglich.
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In
Abhängigkeit der gewählten Funktionspartikel lassen
sich auf die vorstehend beschriebene Weise auf die Oberfläche
eines Flächensubstrates kleinste Strukturen, sowohl flächige
als auch dreidimensionale Strukturen aufdrucken, die über
vielfältige jeweils anwenderspezifische, technisch funktionalisierte
Eigenschaften verfügen. Durch die Laserdrucktechnik ist
es möglich, die funktionalisierten Tonerpartikel in einer
beliebigen räumlichen Anordnung auf der Oberfläche
des Flächensubstrates abzuscheiden. Hiermit können
räumliche Strukturen wie bspw. Punkte, Rechtecke oder Linien
mit einer Ausdehnung von 100 μm und kleiner erzeugt werden. Überdies
ermöglicht das Laserdruckverfahren die Ausbildung flächiger
Abscheidungen aus funktionellem Toner mit einer flächig
gleichmäßigen Verteilung der Funktionspartikel
innerhalb des Toners. Letztere Eigenschaft spielt insbesondere in
jenen Fällen eine entscheidende Rolle, in denen die Funktionspartikel zu
sensorischen Zwecken, beispielsweise als Bio- oder Chemosensoren,
eingesetzt werden, wie dies die weiteren Ausführungen noch
zeigen werden.
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Selbstverständlich
können als Flächensubstrate sämtliche
flächigen, flexiblen sowie auch flächensteifen
Materialien eingesetzt werden, die für das Laserdruckverfahren
geeignet sind, so beispielsweise Kunststofffolien, Glasscheiben,
Scheiben aus Hartkunststoff, Gewebeflächen, Papiere um
nur einige zu nennen. Üblicherweise können flexible
Flächensubstrate mit einer Dicke bis zu ca. 0,5 mm mit konventionellen
Laserdruckern bedruckt werden. Gilt es hingegen dickere Flächensubstrate
oder gar flächensteife Flächensubstrate unter
Ausnutzung der Laserdrucktechnik zu bedrucken, so bietet es sich an,
eine in der
DE 20 2005 018
237.0 beschriebene Vorrichtung zum Bedrucken flächensteifer
Flächensubstrate einzusetzen.
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Im
Folgenden wird ein lösungsgemäßer Druckvorgang
unter Bezugnahme auf in einer an sich bekannten Laserdruckeranordnung
vorhandenen Komponenten beschrieben. Bei Verwendung eines konventionellen
Laserdruckers wird ein mit funktionellen Tonerpartikeln zu bedruckendes
Stück Papier, üblicherweise im Format DIN
A 4, mittels eines Förderbandes an die Fotowalze
eines Druckwerkes gefördert und über Gummi- oder
Schaumstoffwalzen, die unter dem Förderband angeordnet
sind, an die Fotowalze angedrückt. Die Vorschubgeschwindigkeit des
zu bedruckenden Flächensubstrates ist an die Rotationsgeschwindigkeit
der Fotowalze synchronisiert angepasst, so dass die Walze mit den
strukturiert daran anhaftenden funktionalisierten Tonerpartikeln
schlupffrei auf dem zu bedruckendem Papier abrollt und der funktionalisierte
Toner auf die Papieroberfläche übertragen wird.
Gilt es auf ein und demselben Stück Papier mehrere unterschiedlich
funktionalisierte Tonerarten abzuscheiden, so werden entsprechend
viele Druckwerke mit entsprechenden Fotowalzen hintereinander längs
des Förderbandes angeordnet.
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Im
drauffolgenden Schritt wird der auf der Papieroberfläche
anhaftende funktionalisierte Toner angeschmolzen, wobei darauf zu
achten ist, dass ein möglichst gleichmäßiges
Verfließen des Toners unter dem Einfluss der Oberflächenspannung
erfolgt, so dass sich eine möglichst gleichmäßige
Verteilung der Funktionspartikel innerhalb des verflüssigten
Toners ergibt. Hierzu wird das Flächensubstrat, in diesem Fall
also das Stück Papier, homogen auf eine definierte Temperatur
für eine definierte Zeit erwärmt. Die hierzu erforderlichen
genauen thermischen Bedingungen hängen von den jeweiligen
Tonereigenschaften ab. Die Erwärmung des Flächensubstrats
erfolgt bevorzugt in einem Ofen außerhalb des Druckers,
da auf diese Weise eine gleichmäßige Erwärmung
des Flächensubstrates einerseits sehr einfach möglich
ist und andererseits dabei vermieden werden kann den Drucker selbst
thermisch zu belasten. Selbstverständlich sind auch integrierte
Heizungen denkbar, wobei in diesem Fall das Substrat vorzugsweise
berührungslos, beispielsweise im Wege applizierter Strahlungswärme,
z. B. durch IR-Strahler, zu erwärmen ist.
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Bedarfsweise
kann in einem nachfolgenden Behandlungsschritt der auf der Oberfläche
des Flächensubstrates wiederverfestigte Toner einer chemischen
Nachbehandlung unterworfen werden, bei der die Tonerhilfsstoffe,
d. h. in erster Linie das Trockenlösungsmittel sowie gegebenenfalls
vorhandene Ladungssteuerungszusätze entfernt und auf diese
Weise die Funktionspartikel freigelegt werden. Ein derartiges Freilegen
ist vorteilhaft, sofern die Funktionspartikel durch chemische oder
biochemische Wechselwirkung mit anderen, sich in der Umgebung befindlichen
Teilchen für einen entsprechend bestimmungsgemäßen
Gebrauch der funktionalisierten Oberflächenbereiche reagieren
sollen. Das Freilegen der zumeist als Nanoteilchen vorliegenden
Funktionspartikel erfolgt vorzugsweise in Gegenwart eines chemischen
Lösungsmittels, das das Trockenlösungsmittel bzw.
die Matrix sowie gegebenenfalls vorhandene Hilfsstoffe des Toners
auflösen und wegwaschen kann. Die Anhaftung der Funktionspartikel
an der Oberfläche des Flächensubstrates gilt es
dabei unbeeinträchtigt zu belassen, indem beispielsweise
die zwischen den Funktionspartikeln und der Oberfläche wirkenden
Adhäsionskräfte möglichst unbeeinflusst und
unbeschadet verbleiben. Alternativ oder in Kombination zu den zwischen
den Funktionspartikeln und der Oberfläche des Flächensubstrates
wirkenden Adhäsionskräften können gleichwohl
auch chemische Bindungen zwischen den Funktionspartikeln und der
Oberfläche herrschen. Auch derartige chemische Bindungen
sind bei einer entsprechenden Freilegung der Funktionspartikel möglichst
unbeschadet zu belassen.
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Insbesondere
die Verwendung einer Druckvorrichtung, die, wie vorstehend bereits
erwähnt, aus der
DE 20 2005 018 237 U1 zu entnehmen ist, eröffnet
die Möglichkeit einer Mehrfachdruckbeschichtung eines Flächenbereiches
auf dem Flächensubstrat zur Ausbildung von Vielfachschichtsystemen,
beispielsweise von dreidimensional strukturierten Funktionsschichten
oder von Multilayerschichten, die aus einem vielschichtigen Aufbau
bestehen, bei dem jede Schicht aus unterschiedlich funktionalisierten
Tonerpartikeln gebildet wird. Hierzu bietet es sich an, flächensteife
Flächensubstrate zu verwenden, um die reproduzierbare Positioniergenauigkeit
des Substrats im Drucker zu ermöglichen, die für
mehrere Druckdurchgänge auf ein und dasselbe Substrat erforderlich
ist.
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Im
Weiteren werden konkrete Anwendungsbeispiele für das lösungsgemäße
Verfahren beschrieben. So handelt es sich bei den ersten beiden Fällen
jeweils um die Herstellung kostengünstiger Biosensoren,
der dritte Anwendungsfall bezieht sich auf die Herstellung magnetischer
Barcodes und die vierte Herstellungsvariante beschreibt ein kostengünstiges
Verfahren zur Herstellung elektrisch leitender Strukturen auf nahezu
beliebig ausgebildeten Flächensubstraten.
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Zur
Herstellung sogenannter in vivo Diagnostik-Chips werden als Funktionspartikel
Silika-Nanopartikel mit Durchmessern zwischen 50 nm bis 5 μm
bereitgestellt, die an ihrer Oberfläche chemisch modifiziert
werden, so beispielsweise unter Verwendung von Amino-, Thiol-, Epoxy-,
Aldehyd- oder Carboxy-Gruppen. Die derart vorbehandelten Funktionspartikel
werden in der vorstehend beschriebenen Weise Tonerpartikeln beigemengt.
Die derartig funktionalisierten Tonerpartikel werden unter Verwendung
des Laserdruckverfahrens auf eine Kunststofffolie oder einen Glasträger übertragen,
wobei beispielsweise Partikelflächen mit der Größe
100 μm × 100 μm oder kleiner erzeugt
werden. Der nach dem Druck- und Fixiervorgang auf das Substrat aufgebrachte
wiederverfestigte Toner wird anschließend in der vorstehend
beschriebenen Weise einer chemischen Nachbehandlung unterworfen.
Hierbei wird die Oberfläche zumindest eines Teils der modifizierten Silika-Nanopartikel
zumindest teilweise freigelegt. Anschließend werden die
Funktionspartikel chemisch unter Beigabe von 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimid
(EDC) aktiviert. Weiterhin werden Fängerstoffe, insbesondere
Proteine, Antikörper, DNA, RNA oder andere Sondenstoffe
gezielt auf die vorbehandelten Funktionspartikel aufgebracht, die an
der Oberfläche der Funktionspartikel andocken.
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Je
nach Wahl der Fängermoleküle lassen sich somit
biochemische Sensoroberflächen auf einem Flächensubstrat
mit Hilfe der Laserdrucktechnik realisieren. Beispielsweise kann
in einem einzigen Druckvorgang eine große Vielzahl einzelner,
vorzugsweise arrayförmig auf dem Flächensubstrat
angeordneter, Biosensorflächen hergestellt werden, die durch
anschließende Dotierung mit unterschiedlichen Fängermolekülen
zu Biosensoren für eine Vielzahl unterschiedlicher zu detektierender
Substanzen werden.
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Ein
weiteres Beispiel für den vorteilhaften Einsatz des lösungsgemäßen
Verfahrens stellt die Herstellung von Teststreifen mit künstlichen
Antikörpern für die Human-, Veterinär-,
Lebensmittel- sowie auch Umweltdiagnostik dar. Ein besonders populäres Beispiel
für derartige Teststreifen ist das weite Feld der Drogen-
und Doping-Untersuchungen. In diesem Fall werden aus Kunststoff
bestehende Funktionspartikel den Tonerpartikeln beigemengt, wobei
der Kunststoff aus den nachfolgenden Stoffgruppen ausgewählt
wird:
Methacrylsäure, Acrylsäure, Acrylamid,
Methylmethacrylat, Vinylpyridin, Ethylstyrol, Vinylimidazol, Vinylpyrolidon,
Ethylenglycoldimethacrylat, N'-Methylenbiacrylamid, Biphenol A,
Divinylbenzol. Als Flächensubstrat dient vorzugsweise ein
poröses Trägermaterial, beispielsweise eine über
eine aufgeraute Oberfläche verfügende Kunststofffolie.
Die Funktionspartikel verfügen über eine molekular
geprägte Oberfläche (Molekular Imprinted Particles,
MIP), die so strukturiert ist, dass spezifische organische Substanzen
selektiv daran binden. Auch in diesem Fall wird nach dem Druck-
und Fixiervorgang das im Toner befindliche Trockenlösungsmittel
und weitere Hilfsstoffe von der bedruckten Oberfläche des
Flächensubstrates entfernt, so dass die als Nanopartikel vorliegenden
Funktionspartikel zumindest teilweise freigelegt sind, so dass eine
stoffspezifische Anbindung von Substanzen an den jeweiligen Oberflächen der
Funktionspartikel erfolgen kann.
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Für
den Nachweis unterschiedlicher Substanzen werden unterschiedliche
Oberflächenprägungen der Funktionspartikel benötigt.
Hierfür bietet das lösungsgemäße
Verfahren die Möglichkeit innerhalb eines einzigen Fertigungsschrittes
unter Verwendung einer Vielzahl entsprechender Druckwerke unterschiedlich
funktionalisierte Tonerpartikel auf die jeweilige Substratoberfläche
aufzudrucken. Beispielsweise können so an sich bekannte
Teststreifen mit mehreren sensitiven Testfeldern hergestellt werden.
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Mit
Hilfe des lösungsgemäßen Verfahrens ist es
neben der Herstellung der vorstehend beschriebenen Bio- oder Chemosensoren
möglich, eindimensionale oder bevorzugt zweidimensionale
Barcodes aus magnetischen Nanopartikeln, bzw. Funktionspartikeln
herzustellen, die auf entsprechende Verbrauchsgüter, Verpackungen,
Eintrittskarten, um nur einige Beispiele für unterschiedliche
Flächensubstrate zu nennen, aufgedruckt werden können.
Als Funktionspartikel bieten sich permanentmagnetische Magnetitpartikel
an, die den Tonerpartikeln im vorstehend beschriebenen Sinne beigemengt
werden. Ein derart funktionalisierter Toner, der nicht notwendigerweise
farblich ist, sondern beispielsweise aus transparentem Material
bestehen kann, wird unter Zugrundelegung eines Barcodemusters auf
ein entsprechendes Flächensubstrat aufgebracht. Eine Entfernung
des Tonermaterials nach dem Fixierschritt ist in diesem Fall nicht
erforderlich, gilt es doch lediglich die in dem Barcode enthaltenen
Informationen mit Hilfe geeigneter Sensoren zu lesen. Vorzugsweise bieten
sich hierzu magnetoresistive Mikrosensoren an, die bereits geringste
Magnetfeldänderungen detektieren und diese in elektrische,
auslesbare Signal umwandeln können.
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Derartig
hergestellte magnetische Barcodes weisen gegenüber konventionellen,
optischen Barcodes folgende Vorteile auf:
- a)
Ein für das Auslesen der im magnetischen Barcode enthaltenen
Informationen erforderlicher Mikrosensor, der beispielsweise in
CMOS-Technologie herstellbar ist, ist im Gegensatz zu optischen Barcode-Scannern
kleiner und kostengünstiger realisierbar. Beispielsweise
ist es denkbar, derartige Sensoren samt integrierter Signalverarbeitung
in Kleingeräte, beispielsweise Handys problemlos zu integrieren. Überdies
ist die Herstellung des mit Magnetitpartikeln versehenen funktionalisierten
Toners einfach und günstig.
- b) Magnetische Barcodes können unsichtbar, beispielsweise
unter Verwendung transparenter Partikel an entsprechenden Flächensubstraten
angebracht werden, so auch in Bildern versteckt werden.
- c) Die Informationsdichte bei magnetischen Barcodes ist größer
als bei konventionellen optischen 1D- oder 2D-Barcodes.
- d) Magnetische Barcodes, die aus ferromagnetischen Partikeln
bestehen, können durch nachträgliche Ummagnetisierung
teilweise wieder beschreibbar gestaltet werden, beispielsweise zur fortlaufenden
Dokumentation von logistischen Abläufen.
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Eine
weitere mögliche Anwendung des lösungsgemäßen
Verfahrens besteht in der Herstellung elektrischer Leiterplatten
und eröffnet hierdurch eine Alternative zu bestehenden
Produktionstechniken für Leiterplatten, wie beispielsweise
das Belichten von Fotoresistschichten und anschließendem chemischen Ätzen,
eine Verfahrenstechnik, die mit einem vergleichsweise hohen Rohstoffverbrauch
und darüber hinaus mit beträchtlichen Recyclingkosten verbunden
ist. Auch hat das lösungsgemäße Laserdruckverfahren
Vorteile gegenüber dem bisher bekannten Siebdruckverfahren
in Bezug auf eine bessere Auflösung sowie den Verzicht
auf die mit hohen Kosten verbundene Herstellung entsprechender Siebe.
Für die Herstellung von auf einem Flächensubstrat
abgeschiedenen Leiterbahnen im Wege der Laserdrucktechnik gilt es
einen elektrisch leitfähigen Toner bereitzustellen, indem
beispielsweise Metallpulver, vorzugsweise Kupfer oder Silbermetall,
den Tonerpartikeln beigefügt wird. Bei der Zugabe von Metallpulvern
ist nach dem Druckprozess, d. h. nach dem Aufbringen der funktionalisierten
Tonerpartikel auf dem Flächensubstrat ein Sinterschritt
erforderlich, bei dem das im Toner enthaltene Metallpulver verbackt
und sich dabei elektrisch leitende Strukturen auf dem Flächensubstrat
ausbilden. Das im Toner enthaltene Trockenlösungsmittel
wird durch die hohen Temperaturen während des Sinterschritts
zersetzt und muss nicht chemisch entfernt werden. Auch gegebenenfalls
im Toner enthaltene Hilfsstoffe müssen nicht in einem getrennten
Prozessschritt entfernt werden.
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Auch
ist es möglich anstelle von Metallpulver den Tonerpartikeln
Metallsalze zuzumengen, die sich erst durch einen chemischen Schritt
in elektrisch leitendes Metall umwandeln. In diesem Fall bedarf
es nach dem Druckprozess eines chemischen Reduktionsschrittes, um
das Metallsalz in metallischer Form zu erhalten. Der chemische Reduktionsschritt
kann beispielsweise in Gegenwart eines Plasmas, von Kohlenmonoxid
oder von Wasserstoff erfolgen. Dieser Prozessschritt findet bei
hoher Temperatur statt, so dass sich das Tonermaterial hierbei ebenfalls
zersetzt. Im Weiteren ist der gleiche Sinterschritt erforderlich,
bei dem das entstandene Metallpulver verbackt und sich dabei elektrisch
leitende Strukturen auf dem Flächensubstrat ausbilden.
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Eine
weitere Möglichkeit zur Herstellung von elektrisch leitfähigem
Toner besteht in der Beimischung von leitfähigem Kohlenstoff
zu den Tonerpartikeln, wobei in diesem Fall nach dem Druckvorgang, das
bedeutet nach dem Fixieren des funktionalisierten Toners, keine
weitere Behandlung mehr erforderlich ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 202005018237 [0013]
- - DE 202005018237 U1 [0017]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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