DE102011076994A1

DE102011076994A1 - Tintenstrahldruckknopf mit Selbstreinigunsvermögen zum Tintenstrahldrucken

Info

Publication number: DE102011076994A1
Application number: DE201110076994
Authority: DE
Inventors: Kock-Yee Law; Hong Zhao
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2010-06-15
Filing date: 2011-06-06
Publication date: 2011-12-15
Also published as: JP2012000984A; US8910380B2; US20110304671A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahldruckkopfes beschrieben, der eine Lochplattenseite mit einer oleophoben Oberfläche umfasst. Das Verfahren umfasst die Bildung einer Lochplatte durch Abscheiden einer Siliciumschicht auf der Lochplatte, Verwendung von Photolithographie zur Erzeugung eines strukturierten Musters auf einer äußeren Oberfläche der Siliciumschicht und das chemische Modifizieren der strukturierten Oberfläche durch Aufbringen einer sich anpassenden, oleophoben Beschichtung auf der strukturierten Oberfläche. Die oleophobe Lochplatte kann als eine Vorderseitenoberfläche Für einen Tintenstrahldruckkopf verwendet werden.

Description

Diese Offenbarung betrifft Tintenstrahldruckköpfe mit Selbstreinigungsvermögen. Insbesondere werden hierin Tintenstrahldruckköpfe beschrieben, deren Lochplatte mit einem superoleophoben Film überzogen ist, der eine strukturierte Siliciumschicht mit einer sich anpassenden, auf der strukturierten Siliciumschicht aufgebrachten, oleophoben Beschichtung umfasst, sowie Verfahren zur Herstellung derselben.
Die allgemein übertragene US-Patentanmeldung der Nr. 12/647,945, eingereicht am 28. Dezember 2009 mit dem Titel „Superoloephobic and Superhydrophobic Devices And Method For Preparing Same” (Superoleophobe und Superhydrophobe Vorrichtungen und Verfahren zu deren Herstellung), beschreibt ein Verfahren zum Herstellen einer flexiblen Vorrichtung mit einer strukturierten superoleophoben Oberfläche, das die Bereitstellung eines flexiblen Substrats, das Aufbringen einer Siliciumschicht auf dem flexiblen Substrat, die Verwendung der Photolithographie zur Erzeugung eines strukturierten Musters auf dem Substrat, wobei das strukturierte Muster eine Säulenanordnung umfasst, und das chemische Modifizieren der strukturierten Oberfläche durch Aufbringen einer sich anpassenden, oleophoben Beschichtung darauf umfasst, um eine flexible Vorrichtung mit einer superoleophoben Oberfläche zu schaffen und in Ausführungsformen, um eine flexible Vorrichtung mit einer sowohl superoleophoben als auch superhydrophoben Oberfläche zu schaffen.
Die allgemein übertragene US-Patentanmeldung der Nr. 12/648,004, eingereicht am 28. Dezember 2009 mit dem Titel „A Process For Preparing An Inkjet Print Head Front Face Having A Textured Superoleophobic Surface” (Verfahren zur Herstellung einer Vorderseite eines Tintenstrahldruckkopfes mit einer strukturierten superoleophoben Oberfläche), beschreibt ein Verfahren zum Herstellen einer Vorderseite oder Düsenplatte eines Tintenstrahldruckkopfs mit einer strukturierten superoleophoben Oberfläche, das die Bereitstellung eines Siliciumsubstrats, die Verwendung der Photolithographie zur Erzeugung eines strukturierten Musters auf dem Substrat, und gegebenenfalls das Modifizieren der strukturierten Oberfläche durch Aufbringen einer sich anpassenden, oleophoben Beschichtung darauf umfasst, um eine Vorderseite oder Düsenplatte eines Tintenstrahldruckkopfs mit einer strukturierten, superoleophoben Oberfläche zu schaffen.
Die allgemein übertragene US-Patentanmeldung der Nr. 12/647,977, eingereicht am 28. Dezember 2009 mit dem Titel „Superoloephobic Surfaces And Method For Preparing Same” (Superoleophobe Oberflächen und Verfahren zu deren Herstellung), beschreibt ein Verfahren zum Herstellen einer flexiblen Vorrichtung mit einer superoleophoben Oberfläche, das die Bereitstellung eines flexiblen Substrats, das Aufbringen einer Siliciumschicht auf dem flexiblen Substrat, die Verwendung der Photolithographie zur Erzeugung eines strukturierten Musters in der Siliciumschicht auf dem Substrat, wobei das strukturierte Muster eine Rillenstruktur umfasst, und das chemische Modifizieren der strukturierten Oberfläche durch Aufbringen einer sich anpassenden, oleophoben Beschichtung darauf umfasst, um eine flexible Vorrichtung mit einer superoleophoben Oberfläche zu schaffen.
Ausstoßsysteme für flüssige Tinten umfassen typischerweise einen oder mehrere Druckköpfe mit einer Vielzahl von Tintenausstoßvorrichtungen, aus denen Flüssigkeitstropfen in Richtung eines Aufzeichnungsmediums ausgestoßen werden. Die Tintenausstoßvorrichtungen eines Druckkopfes erhalten Tinte aus einer Tintenversorgungskammer oder einem Verteiler im Druckkopf, der seinerseits Tinte aus einer Quelle erhält, wie z. B. einem Vorratsbehälter für geschmolzene Tinte oder einer Tintenpatrone. Jede Tintenausstoßvorrichtung umfasst einen Kanal, dessen eines Ende in flüssiger Verbindung mit dem Tintenzuführungsverteiler steht. Das andere Ende des Tintenkanals weist eine Öffnung oder Düse für das Ausstoßen von Tintentropfen auf. Die Düsen der Tintenausstoßvorrichtungen können zu einer Lochplatte oder Düsenplatte geformt werden, die Öffnungen entsprechend der Düsen der Tintenausstoßvorrichtungen aufweist.
Während des Betriebs aktivieren Tropfenausstoßsignale Betätigungsventile in den Tintenausstoßvorrichtungen, um Flüssigkeitstropfen aus den Tintenausstoßdüsen auf das Aufzeichnungsmedium auszustoßen. Durch die selektive Aktivierung der Betätigungsventile der Tintenausstoßvorrichtungen zum Ausstoßen von Tropfen unter einer relativen Bewegung von Aufzeichnungsmedium und/oder Druckkopfanordnung gegeneinander können die abgegebenen Tropfen exakt musterartig aufgebracht werden, um bestimmte Text- und graphischen Bilder auf dem Aufzeichnungsmedium zu bilden. Ein Beispiel einer Druckkopfanordnung mit voller Breite wird in der anhängigen US-Patentanmeldung Nr. 2009/0046125 beschrieben. Ein Beispiel für eine durch UV-Strahlung härtbare Geltinte, die mit einem solchen Druckkopf ausgestoßen werden kann, wird in der anhängigen US-Patentanmeldung Nr. 2007/123606 beschrieben. Ein Beispiel für eine feste Tinte, die mit solch einem Druckkopf ausgestoßen werden kann, ist die cyanfarbene feste Tinte Xerox ColorQube^TM, die von der Xerox Corporation erhältlich ist. US-Patent Nr. 5,867,189 beschreibt einen Tintenstrahldruckkopf, der eine tintenausstoßende Komponente umfasst, die an der Auslassseite des Druckkopfes eine elektropolierte, mit der Tinte in Kontakt kommende oder Öffnungsoberfläche umfasst.
Eine Schwierigkeit im Zusammenhang mit Ausstoßsystemen für flüssige Tinten ist das Benetzen, Austreten oder Überlaufen von Tinten auf die Vorderseite des Druckkopfes. Diese Verunreinigung der Vorderseite des Druckkopfes kann eine Blockierung der Tintenausstoßdüsen und -kanäle verursachen oder dazu beitragen, was für sich oder zusammen mit der benetzten, kontaminierten Vorderseite ein Versagen oder fehlende Tropfen, zu kleine oder anderweitig falsch dimensionierte Tropfen, Satelliten oder fehlgeleitete Tropfen auf dem Aufzeichnungsmedium verursachen oder dazu beitragen kann und so zu einer Verschlechterung der Druckqualität führt. Derzeitige Vorderseitenbeschichtungen von Druckköpfen sind typischerweise gesputterte Fluorpolymerbeschichtung, wie z. B. solche aus PTFE und PFA. Wenn der Druckkopf geneigt ist, gleitet eine UV-Geltinte bei einer Temperatur von etwa 75°C (wobei 75°C eine typische Ausstoßtemperatur für UV-Geltinten ist) und eine feste Tinte bei einer Temperatur von etwa 105°C (wobei 105°C eine typische Ausstoßtemperatur für feste Tinte ist) nicht so ohne weiteres von der Oberfläche der Druckkopfvorderseite ab. Eher fließen diese Tinten entlang der Druckkopfvorderseite und hinterlassen einen Tintenfilm oder einen Rückstand auf dem Druckkopf, der das Ausstoßen stören kann. Daher neigen die Vorderseiten von Druckköpfen für UV- und feste Tinten zu einer Verunreinigung durch eben diese UV- und festen Tinten. In einigen Fällen kann der kontaminierte Druckkopf mit einer Wartungseinheit aufgefrischt oder gereinigt werden. Dieser Ansatz führt jedoch zu einem komplizierten System, Hardwarekosten und gelegentlich zu Zuverlässigkeitsproblemen.
Es bleibt ein Bedarf an Materialien und Verfahren zur Herstellung von Vorrichtungen mit superoleophoben Eigenschaften allein oder in Kombination mit superhydrophoben Eigenschaften bestehen. Auch wenn derzeit verfügbare Beschichtungen für Vorderseiten von Tintenstrahldruckköpfen für ihren beabsichtigten Zweck geeignet sind, besteht jedoch weiterhin ein Bedarf an einer verbesserten Druckkopfvorderseitenausführung, die Benetzen, Austreten, Überlaufen und/oder Kontamination durch UV- oder feste Tinte über der Druckkopfvorderseite verringert oder beseitigt. Darüber hinaus besteht weiterhin auch Bedarf an einer verbesserten Vorderseitenausführung von Druckköpfen, die tintenphob, d. h. oleophob, und robust ist, um den Wartungsvorgängen zu standzuhalten, wie z. B. dem Abwischen der Vorderseite des Druckkopfes. Zudem besteht weiterhin auch Bedarf an einem verbesserten Druckkopf, der einfach gereinigt werden kann oder selbstreinigend ist, wodurch die Komplexizität der Hardware beseitigt wird, wie z. B. die Notwendigkeit einer Wartungseinheit, wodurch Betriebskosten verringert und die Systemzuverlässigkeit verbessert wird.
Hierin wird ein Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahldruckkopfes beschrieben, der eine Lochseite mit einer hoch oleophoben Oberfläche oder einer superoleophoben Oberfläche oder einer sowohl superoleophoben als auch superhydrophoben Oberfläche aufweist. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen einer Lochplatte, Abscheiden einer Siliciumschicht auf der Oberfläche der Lochplatte, Verwendung der Photolithographie zur Erzeugung eines strukturierten Musters auf einer äußeren Oberfläche der Siliciumschicht, wobei das strukturierte Muster eine Rillenstruktur oder eine Säulenanordnung umfasst, und das chemische Modifizieren einer strukturierten Oberfläche durch Aufbringen einer sich anpassenden, oleophoben Beschichtung auf der strukturierten Oberfläche. Die superoleophobe Lochplatte kann als eine Vorderseitenoberfläche für einen Tintenstrahldruckkopf verwendet werden.
1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Tintenstrahldruckkopfs mit einer auf der äußeren Oberfläche der Lochplatte aufgebrachten Siliciumschicht.
2 ist eine schematische Draufsicht einer Darstellung einer Lochplatte für einen beispielhaften Tintenstrahldruckkopf bevor diese mit der Siliciumschicht beschichtet wird.
3 ist eine Darstellung eines Verfahrensschemas zur Herstellung einer fluorierten strukturierten Oberfläche auf einer Lochplatte.
4 ist eine Darstellung eines weiteren Verfahrensschemas zur Herstellung einer fluorierten strukturierten Oberfläche auf einer Lochplatte.
5 ist eine Darstellung, die den Zustand von Flüssigkeitströpfchen auf strukturierten Oberflächen darstellt.
6 ist ein Mikrobild einer mit Fluorsilan beschichteten, strukturierten Oberfläche mit Rillenstrukturen mit strukturierten (welligen) Seitenwänden.
7 ist eine alternative Ansicht der Oberfläche aus 6.
8 ist ein Mikrobild einer mit Fluorsilan beschichteten, strukturierten Oberfläche mit Strukturen von Säulenanordnungen mit strukturierten (welligen) Seitenwänden.
9 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Oberfläche aus 8, die Einzelheiten der welligen Seitenwand der Säulenstruktur zeigt.
10 ist ein Mikrobild einer mit Fluorsilan beschichteten, strukturierten Oberfläche mit einer Anordnung von Säulenstrukturen mit einer überhängenden Struktur.
11 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Oberfläche aus 10, die Einzelheiten des überhängenden Merkmals zeigt.
12 ist ein Mikrobild einer superoleophoben, strukturierten Oberfläche, die Säulenanordnungen mit einer Säulenhöhe von 1,1 Mikrometer umfasst.
13 ist ein Mikrobild einer superoleophoben strukturierten Oberfläche, die eine Säulenanordnung mit einer Säulenhöhe von 3,0 Mikrometer umfasst.
14 umfasst Photos, die sitzende Tropfen aus Wasser, Hexadecan (HD) und fester Tinte auf der Rillenstruktur aus der parallelen (linke Reihe) und senkrechten (rechte Reihe) Richtung zeigen.
Das Wort „Drucker” wie hierin verwendet, umfasst ein beliebiges Gerät, wie z. B. einen Digitalkopierer, Buchdruckmaschine, Faksimilegerät, Mehrfunktionsgerät usw., das eine Druckausgabefunktion für einen beliebigen Zweck durchführt, einschließlich Vorrichtungen für gedruckte chemische oder Bioassaydünnschichten, dreidimensionale Modellbauvorrichtungen und andere Anwendungen.
Oleophobie bezieht sich auf eine Eigenschaft einer Oberfläche, die bei einer Flüssigkeit auf Kohlenwasserstoffbasis, wie z. 13. Hexadecan, „ölphob” ist (keine Affinität aufweist). Je größer der Kontaktwinkel ist, desto größer ist die Oleophobie der Oberfläche. Oberflächen, die einen Kontaktwinkel mit einer Kohlenwasserstoffflüssigkeit von mehr als etwa 90° aufweisen, können als hoch oleophob bezeichnet werden, und Oberflächen, die einen Kontaktwinkel mit einer Kohlenwasserstoffflüssigkeit von mehr als etwa 150° aufweisen, können als superoleophob bezeichnet werden. Es versteht sich jedoch, dass unterschiedliche flüssige Kohlenwasserstoffe verschiedene Kontaktwinkel mit einer gegebenen Oberfläche aufweisen können, und so werden die Begriffe oleophob, hoch oleophob und superoleophob wie hierin benutzt, verwendet, um eine allgemeine Eigenschaft oder Charakterisierung der Oberfläche zu bezeichnen und sollen keinen spezifischen Bereich an Kontaktwinkeln von Kohlenwasserstoffen beschreiben.
Hydrophobie bezeichnet eine Eigenschaft einer Oberfläche, die Wasser gegenüber abstoßend ist. Je größer der Kontaktwinkel ist, desto größer ist die Hydrophobie der Oberfläche. Oberflächen, die einen Kontaktwinkel mit Wasser von mehr als etwa 120° aufweisen, können als hoch hydrophob bezeichnet werden, und Oberflächen, die einen Kontaktwinkel mit Wasser von mehr als etwa 150° aufweisen, können als superhydrophob bezeichnet werden. Es versteht sich jedoch, dass unterschiedliche Flüssigkeiten verschiedene Kontaktwinkel mit einer gegebenen Oberfläche aufweisen können, und so werden die Begriffe hydrophob, hoch hydrophob und superhydrophob wie hierin benutzt, verwendet, um eine allgemeine Eigenschaft oder Charakterisierung der Oberfläche zu bezeichnen und sollen keinen spezifischen Bereich an Kontaktwinkeln von Wasser beschreiben.
Der Bequemlichkeit halber werden die Ausführungsformen hierin in Verbindung mit der Herstellung einer Form eines Tintenstrahldruckkopfes beschrieben, der in 1 dargestellt und in größeren Einzelheiten im US-Patent Nr. 5,867,189 an Whitlow et al. beschrieben ist. Es versteht sich, dass Ausführungsformen nicht auf die Herstellung dieses bestimmten Typs eines Tintenstrahldruckkopfes beschränkt sind. Vielmehr hat diese Offenbarung eine breite Anwendbarkeit auf die Herstellung von Tintenstrahldruckköpfen im Allgemeinen, wenn es erwünscht ist, eine Lochplatte mit einer strukturierten, oleophoben Oberfläche zu versehen. Diese Offenbarung gilt für Tintenstrahldruckköpfe, die Tinten abgeben, die bei Raumtemperatur flüssig sind sowie Heißschmelz- oder phasenändernde Tinte, die bei Raumtemperatur fest sind und für das Ausstoßen geschmolzen werden.
1 stellt einen Tintenstrahldruckkopf 10 dar, der eine darauf aufgebrachte Beschichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung aufweist. In 1 hat der Druckkopf 10 einen Körper 20, der aus einer Vielzahl von laminierten Platten oder Blechen 65 besteht, die zum Beispiel aus Edelstahl hergestellt wurden. Diese Bleche 65 sind in einer übereinander liegenden Beziehung angeordnet und aufgestapelt, um einen Düsenstapel 60 zu bilden. Bleche 65 für Düsenstapel können geätzt oder auf andere Weise konfiguriert sein, so dass der Düsenstapel Kanäle, Kammern und/oder Durchgänge aufweist. Zum Beispiel umfasst der Druckkopf 10, wie in 1 dargestellt, eine oder mehrere Tintendruckkammern 30, die mit einer oder mehreren Tintenquellen 40 gekoppelt sind oder damit in flüssiger Verbindung stehen.
Der Tintenstrahldruckkopf 10 hat auch eine Lochplatte 70, die in einer übereinander liegenden Beziehung zum Düsenstapel 60 angeordnet und darauf geschichtet ist. Die Lochplatte 70 hat eine oder mehrere Öffnungen 50, die hierin auch als Öffnung, Loch oder Tintenausstoßdüse bezeichnet werden, die über einen Tintendurchgang, der durch Pfeile 35 angegeben ist, mit einer Tintendruckkammer 30 gekoppelt ist oder damit in flüssiger Verbindung steht. Während der Tintentropfenbildung gelangt Tinte durch die Düse 50. Tintentropfen wandern in einer Richtung entlang Weg 35 von der Düse 50 zu einem Druckmedium (nicht dargestellt), das sich in einem Abstand zur Düse 50 befindet.
Ein typischer Tintenstrahldruckkopf umfasst eine Vielzahl an Tintendruckkammern 30, wobei jede der Druckkammern 30 mit einer oder mehreren Düsen 50 verbunden ist. Zur Vereinfachung ist in 1 nur eine einzelne Düse 50 dargestellt. Wie in 2 gezeigt, kann die Lochplatte 70 mit einer Vielzahl an Düsen 50 oder einer Düsenanordnung 50 konfiguriert sein.
Die Lochplatte 70 definiert zumindest einen Teil einer Auslassseite des Druckkopfes 10. Auf zumindest einem Teil der Auslassoberfläche 71 der Lochplatte 70, die der Auslassseite des Druckkopfes 10 zugewandt ist, ist eine Siliciumschicht 72 aufgebracht oder vorgesehen (in 2 nicht dargestellt).
Die Lochplatte kann auch als Öffnungsplatte, Düsenplatte oder Druckkopfvorderseitenplatte bezeichnet werden. Die Lochplatte kann aus einem geeigneten Material oder einer geeigneten Zusammensetzung, wie z. B. Edelstahl, Stahl, Nickel, Kupfer, Aluminium, Polyimide und Silicium hergestellt sein und kann eine beliebige, für die Vorrichtung geeignete Konfiguration aufweisen. Typischerweise werden aufgrund der Leichtigkeit ihrer Herstellung Lochplatten mit quadratischen oder rechteckigen Formen gewählt. Lochplatten können auch aus selektiv mit einem Hartlötmaterial wie z. B. Gold überzogenem Edelstahl hergestellt werden.
Die Bleche oder Platten der Düsenstapel und die Lochplatte können mittels eines beliebigen geeigneten Verfahrens, das im Fachbereich bekannt ist, miteinander verbunden werden. In einigen Ausführungsformen werden die Platten zum Beispiel aufeinander gestapelt und angeordnet und dann einem Diffusionsklebeverfahren unterzogen und dann einem Hartlötverfahren unterzogen. Hartlöten der Metallplatten des Tintenstrahldruckkopfes wird im Fachgebiet beschrieben, wie zum Beispiel im US-Patent Nr. 4,875,619 , dessen gesamte Offenbarung hierin vollständig aufgenommen ist.
Um die Siliciumschicht zu bilden, kann Silicium, wie z. B. α-Silicium, mittels eines beliebigen, geeigneten, im Fachgebiet bekannten Verfahrens, wie z. B. durch Sputtern oder Chemischer Gasphasenabscheidung, durch sehr hochfrequentes Plasma unterstützter chemischer Gasphasenabscheidung, Mikrowellenplasma unterstützter chemischer Gasphasenabscheidung, Plasma unterstützter chemischer Gasphasenabscheidung und Verwendung von Ultraschalldüsen in einem Reihenprozess unter anderen, auf eine Oberfläche der Lochplatte aufgebracht oder abgeschieden werden. Die Siliciumschicht kann eine beliebige geeignete Dicke aufweisen, wie z. B. von etwa 500 bis etwa 5.000 nm oder von etwa 1.000 bis etwa 5.000 nm oder von etwa 500 bis etwa 2.500 nm oder von etwa 2.000 bis etwa 4.000 nm oder etwa 3.000 nm.
Die Siliciumschicht kann auf der Lochplatte gebildet werden, bevor oder nachdem die Lochplatte mit den anderen Platten zur Bildung des Düsenstapels verbunden wurde. Da α-Silicium einen Schmelzpunkt von rund 1.150°C aufweist, kann eine Lochplatte mit einer Schicht aus α-Silicium Klebeverfahren und/oder anderen Verfahren unterzogen werden, die hohe Temperaturen erfordern, ohne dass die Siliciumschicht schmilzt. Außerdem können die Düsen vor oder nach der Bildung der Siliciumschicht gebildet werden.
Auf der Siliciumschicht können strukturierte Muster geschaffen werden, die eine Rillenstruktur, wie z. B. Mikrometer große Rillen, oder eine Säulenanordnung umfassen. Die Rillenstruktur oder die Säulen umfassen strukturierte oder wellig gemusterte vertikale Seitenwände und eine überhängende einspringende Struktur, die auf der obersten Oberfläche der Rillenstruktur oder der Säulen oder eine Kombination davon definiert ist. Strukturierte oder wellige Seitenwände wie hierin verwendet, kann eine Rauheit auf der Seitenwand meinen, die sich im Submikrometerbereich manifestiert. in einigen Ausführungsformen können die welligen Seitenwände eine 250 nm große wellige Struktur aufweisen, wobei jede Welle einem Ätzzyklus entspricht, wie hierin im Folgenden noch beschrieben wird.
In Bezug auf 3 und 4, können strukturierte Muster 76, die eine Anordnung aus Säulen oder eine Rillenstruktur umfassen, auf einer mit Silicium beschichteten Lochplatte unter Verwendung von Photolithographietechniken erzeugt werden. Zum Beispiel kann die Siliciumschicht 72 auf der Lochplatte 70 gemäß bekannter photolithographischer Verfahren hergestellt und gereinigt werden. Anschließend kann z. B. durch Schleuderbeschichten oder Schlitzgussbeschichten ein Photolack 74 auf der Siliciumschicht 72 aufgebracht werden. Es kann ein beliebiger, geeigneter Photolack gewählt werden, wie z. B. Mega^TMPosit^TM SPR^TM 700 Photoresist, der von Rohm and Haas erhältlich ist.
Der Photolack 74 kann dann entsprechend der im Fachgebiet bekannten Verfahren exponiert und entwickelt werden, typischerweise durch Exposition gegenüber Ultraviolettlicht und Exposition gegenüber einem organischen Entwickler wie z. B. einem Natriumhydroxid enthaltenden Entwickler oder einem metallionenfreien Entwickler wie z. B. Tetramethylammoniumhydroxid.
Ein strukturiertes Muster 76, das eine Anordnung aus Säulen oder eine Rillenstruktur umfasst, kann mittels eines beliebigen, geeigneten, im Fachgebiet bekannten Verfahrens geätzt werden. Im Allgemeinen kann das Ätzen die Verwendung eines flüssigen oder plasmaförmigen chemischen Mittels zur Entfernung von nicht durch die Maske 74 geschützten Siliciumschichten umfassen. Zur Erzeugung der gerillten Struktur mit welliger Seitenwand können Techniken des Reaktiven Ionentiefätzens eingesetzt werden.
Nach dem Ätzverfahren kann der Photolack mittels eines beliebigen, geeigneten Verfahrens entfernt werden. Zum Beispiel kann der Photolack unter Verwendung eines flüssigen Resiststrippers oder von plasmahaltigem Sauerstoff entfernt werden. Der Photolack kann unter Verwendung einer O₂-Plasmabehandlung, wie mit einem von Surplus Process Equipment Corporation, Santa Clara, Kalifornien, USA erhältlichen GaSonics Aura 1000 Aschungssystem gestrippt werden. Nach dem Strippen kann das Substrat gereinigt werden, wie z. B. mit einem Reinigungsverfahren mit heißer Piranha-Lösung.
Nachdem die Oberflächenstrukturierung auf der Siliciumschicht erzeugt ist, kann die Oberflächenstrukturierung chemisch modifiziert werden. Chemisches Modifizieren des strukturierten Substrats wie hierin verwendet, kann eine beliebige chemische Behandlung des Substrats umfassen, wie z. B. zur Bereitstellung oder Verstärkung der oleophoben Qualität der strukturierten Oberfläche. Zum Beispiel kann die strukturierte Substratoberfläche chemisch durch Abscheiden einer aus perfluorierten Alkylketten bestehenden, selbstorganisierten Schicht auf der strukturierten Siliciumoberfläche modifiziert werden. Es kann eine Vielzahl an Techniken wie z. B. molekulare Gasphasenabscheidungstechniken, eine chemische Gasphasenabscheidungstechnik oder eine Lösungsbeschichtungstechnik eingesetzt werden, um die selbstorganisierte Schicht aus perfluorierten Alkylketten auf der strukturierten Siliciumoberfläche abzuscheiden. Die selbstorganisierte Schicht kann perfluorierte Alkylketten enthalten, die aus Tridecafluor-1,1,2,2-tetrahydrooctyltrichlorsilan, Tridecafluor-1,1,2,2-tetrahydrooctyltrimethoxysilan, Tridecafluor-1,1,2,2-tetrahydrooctyltriethoxysilan, Heptadecafluor-1,1‚2,2-tetrahydrooctylrichlorsilan, Heptadecafluor-1,1,2,2-tetrahydrooctyltrimethoxysilan, Heptadecafluor-1,1,2,2-tetrahydrooctyltriethoxysilan, einer Kombination davon und dergleichen ausgewählt werden.
In einer spezifischen Ausführungsform wird der Reaktive Ionentiefätzprozess von Bosch, der gepulstes oder zeitlich mehrfach ausgeführtes Ätzen umfasst, zur Erzeugung der strukturierten Rillenoberflächenstruktur eingesetzt. Das Boschverfahren kann mehrfache Ätzzyklen mit drei separaten Schritten innerhalb eines Zyklus zur Erzeugung einer vertikalen Ätzung einsetzen: 1) Abscheidung einer schützende Passivierungsschicht; 2) 1. Ätzen, ein Ätzzyklus zur Entfernung der Passivierungsschicht, wo gewünscht; und 3) 2. Ätzen, ein Ätzzyklus zum isotropen Ätzen des Siliciums. Jeder Schritt dauert mehrere Sekunden. Die Passivierungsschicht wird mit C₄F₈ erzeugt, das Teflon^® ähnelt und das gesamte Substrat vor einem weiteren chemischen Angriff schützt und weiteres Ätzen verhindert. Während der Phase des 1. Ätzens greifen die gerichteten Ionen, die das Substrat bombardieren, jedoch die Passivierungsschicht dort an, wo es gewünscht ist. Die Ionen stoßen mit der Passivierungsschicht zusammen und sputtern diese ab, wodurch der gewünschte Bereich auf dem Substrat dem chemischen Ätzmittel während des 2. Ätzens ausgesetzt wird. Das 2. Ätzen dient dazu, Silicium für kurze Zeit isotrop zu ätzen (zum Beispiel von etwa 5 bis etwa 10 Sekunden). Ein kürzerer 2. Ätzschritt führt zu einer schmaleren Wellenperiode (5 Sekunden führen zu etwa 250 Nanometern) und eine längeres 2. Ätzen ergibt längere Wellenperioden (10 Sekunden führen zu etwa 880 Nanometern). Dieser Ätzzyklus kann wiederholt werden, bis eine gewünschte Säulenhöhe oder Rillentiefe erreicht ist. In diesem Verfahren können Säulen mit einer strukturierten oder welligen Seitenwand erzeugt werden, wobei jede Welle einem Ätzzyklus entspricht.
Daher umfasst die Photolithographie in einigen Ausführungsformen die Verwendung von mehreren Ätzzyklen zur Erzeugung einer vertikalen Ätzung, wobei jeder der mehreren Ätzzyklen a) die Abscheidung einer schützenden Passivierungsschicht, b) das Ätzen zur Entfernung der Passivierungsschicht, dort wo es gewünscht ist, und c) das isotrope Ätzen des Siliciums und d) Wiederholen der Schritte „a” bis „c” umfasst, bis eine gewünschte Rillenstrukturkonfiguration erhalten wird. In diesem Verfahren kann eine Rillenstruktur mit einer strukturierten oder welligen Seitenwand erzeugt werden, wobei jede Welle einem Ätzzyklus entspricht. Die Rillenstruktur kann wellige Seitenwände, eine überhängende einspringende Struktur oder eine Kombination daraus umfassen.
Die periodische „Wellen”struktur kann von beliebiger geeigneter Größe sein. Zum Beispiel kann die Größe jeder „Welle” der welligen Seitenwand der Rillenstruktur von etwa 100 nm bis etwa 1.000 nm, wie z. B. von etwa 100 nm bis etwa 600 nm oder von etwa 400 nm bis etwa 1.000 nm oder etwa 250 nm betragen.
Eine Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens umfasst die Schaffung einer strukturierten Oberfläche mit einer überhängenden, einspringenden Struktur oder Strukturen auf einer Lochplatte. Dieses Verfahren kann ein analoges Verfahren unter Verwendung einer Kombination aus zwei Fluorätzverfahren (CH₃F/O₂ und SF₆/O₂) umfassen. In Bezug auf 4 kann das Verfahren die Bereitstellung einer Lochplatte 200, auf der eine gereinigte Siliciumschicht 201 aufgebracht ist, die Abscheidung einer SiO₂-Dünnschicht 202 auf der gereinigten Siliciumschicht 201, wie z. B. mittels Sputtern oder plasmaunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung, das Aufbringen eines Photolackmaterials 204 auf der mit Siliciumoxid 202 beschichteten Siliciumoberfläche 201 auf der Lochplatte 200, Bestrahlen und Entwickeln des Photolackmaterials 204, wie z. B. mit 5:1 Photolithographie unter Verwendung von SPR^TM 700-1.2 Photoresist unter Verwendung von Fluor basiertem reaktivem Ionenätzen (CH₃F/0₂) zum Definieren eines strukturierten Musters 206 in der SiO₂-Schicht, das eine Säulenanordnung oder eine Rillenstruktur in der SiO₂-Schicht umfasst, die Verwendung eines zweiten auf Fluor basierenden (SF₆/O₂) reaktiven Ionenätzverfahrens, gefolgt von heißem Stripping und Reinigung mit Piranha-Lösung zur Erzeugung des strukturierten Musters 208 mit überhängenden, einspringenden Strukturen 210 auf der obersten Schicht umfassen. Das strukturierte Muster 206 kann dann mit einer sich anpassenden oleophoben Beschichtung 212 überzogen werden, um eine superoleophobe Lochplatte zu schaffen, die ein strukturiertes Rillenmuster mit einer überhängenden, einspringenden Struktur auf dessen oberer Oberfläche umfasst oder ein strukturiertes Säulenmuster mit geraden Seitenwänden und überhängenden, einspringenden Strukturen umfasst.
Die Lochplatte mit einer oleophoben Oberfläche kann unter Verwendung von Roll-to-Roll-Fabrikationstechnologie hergestellt werden. Zum Beispiel passiert eine ein Substrat umfassende Rolle eine erste Station, in der eine Schicht aus amorphen Silicium auf dem Substrat abgeschieden wird, wie z. B. mittels chemischer Gasphasenabscheidung oder Sputtern, dann folgt eine Schlitzdüsenbeschichtung mit Photolack, dann eine zweite Station, die eine Maskierungs- und Expositions-/Entwicklungsstation umfasst, gefolgt von einer Ätzstation und schließlich eine Reinigungsstation. Das strukturierte Substrat kann dann eine Beschichtungsstation passieren, in der das strukturierte Substrat mit einer sich anpassenden, oleophoben Beschichtung modifiziert werden kann.
5 zeigt die beiden Zustände, die üblicherweise zur Beschreibung von Flüssig-Fest-Grenzflächen zwischen flüssigen Tropfen und rauen Oberflächen verwendet werden. In 5 ist eine mit einem strukturierten Muster 300 modifizierte Oberfläche dargestellt, auf der ein Flüssigkeitstropfen 302 im Cassie-Baxter-Zustand und Wenzel-Zustand dargestellt ist. Die statischen Kontaktwinkel für den Tropfen 302 im Cassie-Baxter-Zustand (θ_CB) und im Wenzel-Zustand (θ_w) sind durch Gleichung (1) bzw. (2) gegeben: cosθ_CB = R_ffcosθ_γ + f – 1 (1) cosθ_w = rcosθ_γ (2) wobei f der Bereichsanteil des aufgesprühten nassen Bereichs ist, R_f das Rauigkeitsverhältnis des nassen Bereichs und R_ff der Anteil des festen Bereichs ist, r das Rauigkeitsverhältnis ist und θ_γ der Kontaktwinkel des Flüssigkeitstropfens auf einer flachen Oberfläche ist.
Im Cassie-Baxter-Zustand „sitzt” der Flüssigkeitstropfen vorwiegend auf Luft mit einem sehr großen Kontaktwinkel (θ_CB). Gemäß der Gleichung werden sich Flüssigkeitstropfen im Cassie-Baxter-Zustand befinden, wenn die Flüssigkeit und die Oberfläche ein hohes Maß an Phobie aufweisen, zum Beispiel wenn θ_γ ≥ 0° ist.
Bezogen auf Flüssigkeiten auf Kohlenwasserstoff-Basis, zum Beispiel Tinte, wie beispielhaft durch Hexadecan repräsentiert, machen strukturierte Oberflächen, die eine Rillenstruktur mit auf der oberen Oberfläche der Rillenstruktur gebildeten, überhängenden, einspringenden Strukturen umfasst, eine Oberfläche „phob” genug (d. h. θ_γ = 73°), um zu einem Hexadecantropfen zu führen, der an der Flüssig-Fest-Grenzfläche der strukturierten oleophoben Oberfläche den Cassie-Baxter-Zustand ausbildet.
6 ist ein Mikrobild einer Struktur, die mit Fluorsilan beschichtete Rillen mit 3 Mikrometer Breite und 6 Mikrometer Abstand umfasst. 7 bietet eine alternative Ansicht der Struktur von 6, welche die wellige Seitenwandstruktur zeigt, wobei die oberste Oberfläche eine überhängende, einspringende Struktur ausbildet.
8 ist ein Mikrobild einer mit Fluorsilan beschichteten, strukturierten Oberfläche mit Strukturen von Säulenanordnungen mit strukturierten (welligen) Seitenwänden. 9 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Oberfläche aus 8, die Einzelheiten der welligen Seitenwand der Säulenstruktur zeigt. 10 ist ein Mikrobild einer mit Fluorsilan beschichteten, strukturierten Oberfläche mit einer Anordnung von Säulenstrukturen mit einer überhängenden Struktur, die oben auf den Säulen definiert ist. 11 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Oberfläche aus 10, die Einzelheiten des überhängenden, einspringenden Merkmals zeigt.
Die Rillenstruktur kann einen beliebigen geeigneten Abstand oder eine beliebige geeignete Dichte oder Bedeckung des festen Bereichs aufweisen. Zum Beispiel kann die Rillenstruktur eine Bedeckung des festen Bereichs von etwa 0,5% bis etwa 40% oder von etwa 1% etwa 20% aufweisen.
Die Rillenstruktur kann eine beliebige geeignete Breite und einen beliebigen geeigneten Abstand aufweisen. Zum Beispiel kann die Rillenstruktur eine Breite von etwa 0,5 bis etwa 10 Mikrometer oder von etwa 1 bis etwa 5 Mikrometer oder etwa 3 Mikrometer aufweisen. Des Weiteren kann die Rillenstruktur einen Rillenabstand von etwa 2 bis etwa 15 Mikrometer oder von etwa 3 bis etwa 12 Mikrometer oder etwa 6 Mikrometer aufweisen.
Die Rillenstruktur kann eine beliebige geeignete Form aufweisen. Die gesamte Rillenstruktur kann eine zur Bildung eines spezifischen Musters entworfene Konfiguration aufweisen. Zum Beispiel kann die Rillenstruktur eine Konfiguration aufweisen, die gewählt ist, um einen Flüssigkeitsfluss in ein gewähltes Fließmuster zu leiten.
Die Rillenstruktur kann bei einer beliebigen geeigneten oder gewünschten Gesamthöhe definiert werden. Die strukturierte Oberfläche kann ein Rillenmuster mit einer Gesamthöhe von etwa 0,3 bis etwa 5 Mikrometer oder von etwa 0,3 bis etwa 4 Mikrometer oder von etwa 0,5 bis etwa 4 Mikrometer aufweisen.
Die Säulenanordnung kann einen beliebigen geeigneten Abstand oder eine beliebige geeignete Säulendichte oder Bedeckung des festen Bereichs aufweisen. Die Säulenanordnung kann eine Bedeckung des festen Bereichs von etwa 0,5% bis etwa 40% oder von etwa 1% etwa 20% aufweisen. Die Säulenanordnung kann einen beliebigen geeigneten Abstand oder eine beliebige geeignete Säulendichte aufweisen. Zum Beispiel können die Säulenanordnungen einen Abstand von Säulenmitte zu Säulenmitte von etwa 6 Mikrometer aufweisen.
Die Säulenanordnung kann eine beliebige geeignete Form aufweisen, wie z. B. rund, elliptisch, quadratisch, rechteckig, dreieckig, sternförmig oder dergleichen.
Die Säulenanordnung kann einen beliebigen gewünschten Durchmesser oder äquivalenten Durchmesser aufweisen. Zum Beispiel kann die Säulenanordnung einen Durchmesser von etwa 0,1 bis etwa 10 Mikrometer oder von etwa 1 bis etwa 5 Mikrometer aufweisen.
Die Säulen können auf eine beliebige geeignete oder gewünschte Höhe festgelegt sein. Zum Beispiel kann die strukturierte Oberfläche eine Säulenanordnung mit einer Säulenhöhe von etwa 0,3 bis etwa 10 Mikrometer oder von etwa 0,3 bis etwa 4 Mikrometer oder von etwa 0,5 bis etwa 4 Mikrometer aufweisen.
In 12 zeigt ein Mikrobild eine superoleophobe strukturierte Oberfläche, die eine Säulenanordnung mit einer Säulenhöhe von 1,1 Mikrometer umfasst. In 13 zeigt ein Mikrobild eine superoleophobe strukturierte Oberfläche, die eine Säulenanordnung mit einer Säulenhöhe von 3,0 Mikrometer umfasst.
Die Oberflächeneigenschaften der fluorierten strukturierten Oberflächen wurden durch Bestimmung sowohl der statischen als auch der dynamischen Kontaktwinkelmaße untersucht. 14 ist eine Reihe von Photographien, die sitzende Tropfen aus Wasser, Hexadecan (HD) und fester Tinte auf mit Fluorsilan beschichteten, strukturierten Oberflächen, die auf einem Siliciumwafer mit Rillenstrukturen hergestellt wurden, aus der parallelen und senkrechten Richtung zeigen.
Auch wenn die Erfinder sich nicht durch eine Theorie binden wollen, glauben sie doch, dass die für die strukturierte FOTS-Oberfläche mit Wasser und Hexadecan beobachteten hohen Kontaktwinkel die Folge der Kombination aus Oberflächenstrukturierung und Fluorierung sind. In spezifischen Ausführungsformen umfassen die strukturierten Vorrichtungen mindestens ein Merkmal einer welligen Seitenwand oder einer überhängenden, einspringenden Struktur auf der oberen Oberfläche der strukturierten Struktur, um flexible, superoleophobe Vorrichtungen zu ergeben. Die Erfinder glauben, dass die einspringende Struktur auf der oberen Oberfläche der Rillenstruktur und Säulenstruktur ein wesentlicher Antrieb für Superoleophobie ist.
Superoleophobe Filme, die unter Verwendung der Photolithographie über das Roll-to-Roll-Herstellungsverfahren hergestellt wurden und strukturierte Rillenmuster oder strukturierte Säulenmuster auf einem flexiblen Siliciumfilm wie hierin beschrieben umfassen, können zur Verwendung als Tintenstrahldruckkopfteile verarbeitet werden. Dann können Düsen auf dem Film erzeugt werden, zum Beispiel unter Verwendung von Laserablationstechniken oder mechanischen Mitteln (wie z. B. Lochstanzen). Ein Film in Druckkopfgröße kann geschnitten, angeordnet und auf der Düsenvorderseitenplatte für Tintenstrahldruckkopfanwendungen befestigt, z. B. festgeklebt werden. Diese strukturierte Düsenvorderseite ist superoleophob und überwindet Benetzungs- und Auslaufprobleme, die bei bestimmten derzeitigen Druckköpfen problematisch sind. Sofern gewünscht, können strukturierte Muster eine Höhe von 3 Mikrometern aufweisen. Des Weiteren kann Superoleophobie mit einer Musterhöhe von bis zu 1 Mikrometer aufrechterhalten werden. Bei Verringerung der Musterhöhe steigt die mechanische Robustheit der flachen strukturierten Muster. Beim manuellen Reiben dieser superoleophoben Muster werden nur sehr geringe bis gar keine Oberflächenschäden beobachtet.
In weiteren Ausführungsformen bietet die Rillenstruktur verbesserte mechanische Robustheit zusammen mit äußerst geringen Abrollwinkeln in der parallelen Richtung für eine vorteilhafte, gerichtete Selbstreinigungseigenschaft, was die Verwendung als selbstreinigende, wartungsfreie Vorderseite für Druckköpfe für feste Tinte und UV-Tinte macht. Dieses anisotrope Benetzung und gerichtete Reinigen kann. für Bereiche neben den Düsenkanten wie auch für weit von der Düse entfernt liegende Bereiche ein großer Vorteil sein. Hohe Kontaktwinkel in orthogonaler Richtung unterstützen das Festhalten von jeglicher restlicher Tinte und eine gerichtete Selbstreinigung in paralleler Richtung unterstützt die Umlenkung der Tinte weg von der Düse und letztlich das Entfernen der Tinte von der Vorderseite. Demzufolge sammelt sich restliche Tinte nicht in der Nachbarschaft der Düse und akkumuliert auch nicht auf der Vorderseite, was sonst Probleme wie z. B. Tintenbenetzung/Austreten/Überlaufen auf der Druckkopfvorderseite verursacht.
Die Erfinder haben gezeigt, dass superoleophobe Oberflächen (bei denen Hexadecantropfen zum Beispiel einen Kontaktwinkel von mehr als etwa 150° und einen Abrollwinkel von weniger als 10° mit der Oberfläche ausbilden) durch einfache Photolithographie und Oberflächenmodifizierungstechniken auf einem Siliciumwafer hergestellt werden können. Die hergestellte superoleophobe Oberfläche ist sehr „tintenphob” und weist sehr wünschenswerte Oberflächeneigenschaften für die Vorderseite von Tintenstrahldruckköpfen auf, zum Beispiel einen hohen Kontaktwinkel für Tinte für „Superentnetzen” und einen hohen Haltedruck und geringe Abrollwinkel für eine Selbstreinigung und einfaches Reinigen. Im Allgemeinen ist der Haltedruck umso besser (höher), je größer der Kontaktwinkel der Tinte ist. Der Haltedruck misst die Fähigkeit der Lochplatte, ein Austreten von Tinte aus der Düsenöffnung zu vermeiden, wenn sich der Druck des Tintentank(vorratsbehälter)s erhöht.
Tintenstrahldruckköpfe gemäß dieser Offenbarung umfassen eine Lochplatte mit einer oleophoben Oberfläche. Die oleophobe Oberfläche kann einen Kontaktwinkel für Hexadecan von etwa 90° bis etwa 175° oder von etwa 120° bis etwa 170° oder von etwa 150° bis etwa 175° oder von etwa 150° bis etwa 160° aufweisen. Die oleophobe Oberfläche kann auch einen Abrollwinkel für Hexadecan von etwa 1° bis etwa 30° oder von etwa 1° bis etwa 25° oder von etwa 1° bis etwa 15° oder von etwa 1° bis etwa 10° aufweisen.
Die oleophobe Oberfläche kann auch hydrophob sein und einen Kontaktwinkel für Wasser von etwa 120° bis etwa 180°, wie zum Beispiel einen Kontaktwinkel mit Wasser von etwa 130° bis etwa 180° oder von etwa 150° bis etwa 180° aufweisen. Die oleophobe Oberfläche kann auch einen Abrollwinkel für Wasser von etwa 1° bis etwa 30° oder von etwa 1° bis etwa 25° oder von etwa 1° bis etwa 15° oder von etwa 1° bis etwa 10° aufweisen.
Da Kontaktwinkel und Abrollwinkel mit der untersuchten Tropfengröße variieren, beziehen sich hierin diskutierte Kontaktwinkel und Abrollwinkel auf einen Tropfen einer Testsubstanz mit einem Volumen von etwa 5 bis etwa 10 μl.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Lochplatte eine superoleophobe Oberfläche, bei der Hexadecan einen Kontaktwinkel mit der Oberfläche von mehr als etwa 90° bis etwa 175° in einer Richtung aufweist, die entweder parallel zu der Rillenrichtung oder senkrecht zur Rillenrichtung liegt. In weiteren Ausführungsformen umfasst die Lochplatte eine superoleophobe Oberfläche, bei der Hexadecan einen Abrollwinkel mit der Oberfläche von weniger als etwa 30° parallel zu einer Rillenrichtung aufweist.
Die folgenden Beispiele werden zur weiteren Definierung von verschiedenen Spezies der vorliegenden Offenbarung vorgelegt. Diese Beispiele sollen nur darstellend sein; es ist keinesfalls beabsichtigt, den Bereich der vorliegenden Offenbarung einzuschränken. Des Weiteren beziehen sich alle Teile und Prozentangaben, wenn nicht anders angegeben, auf das Gewicht.
Tabelle 1 fasst Kontaktwinkeldaten und Abrollwinkeldaten für eine Reihe relevanter Oberflächen mit Wasser, Hexadecan, fester Tinte und mit UV-Strahlung härtbarer Geltinte zusammen. Kontaktwinkel- und Abrollwinkelmessungen wurden auf einem OCA20 Goniometer von Dataphysics (Deutschland) durchgeführt, welches ein computergesteuertes automatisches Flüssigkeitsabgabesystem, einen computergesteuerten Neigungstisch und ein computergestütztes Bildverarbeitungssystem umfasst. In typischen statischen Kontaktwinkel- und Abrollwinkelmessungen umfassen Testflüssigkeitstropfen etwa 5 bis 10 μl einer Testsubstanz, die aus Wasser, Hexadecan, fester Tinte und UV-Tinte ausgewählt wird und vorsichtig auf der zu untersuchenden Oberfläche aufgebracht wird. Der statische Winkel wurde mittels der Computersoftware (SCA20) bestimmt und alle wiedergegebenen Daten stellen ein Mittel aus mehr als 5 unabhängigen Messungen dar. Abrollwinkelmessungen wurden durchgeführt, in dem die Basiseinheit unter Verwendung einer neigbaren Basiseinheit TBU90E mit einer Geschwindigkeit von 1°/sec geneigt wurde. Der Abrollwinkel war definiert und wurde gemessen als der Winkel, bei dem sich der Testflüssigkeitstropfen zu bewegen begann.
Beispiel 1 ist ein neuer Edelstahl-Druckkopf (mit PFA-Beschichtung) aus der Herstellung.
Beispiel 2 ist ein gebrauchter Edelstahl-Druckkopf (mit PFA-Beschichtung) aus der Herstellung.
Beispiel 3 ist ein kommerzieller PTFE-Film.
Beispiel 4 ist eine superoleophobe Oberfläche mit Säulenstruktur mit 3 μm Durchm./6 μm Abstand.

Beispiel 5 ist eine superoleophobe Oberfläche mit Rillenstruktur mit 3 μm Breite/6 μm Abstand in paralleler Richtung. TABELLE 1.

Beispiel	Wasser		Hexadecan		Feste Tinte (~105°C)		UV-Tinte (~75°C)
Beispiel	Kontaktwinkel	Abrollwinkel	Kontaktwinkel	Abrollwinkel	Kontaktwinkel	Abrollwinkel	Kontaktwinkel	Abrollwinkel
1	~130°	> 90°	~71°	~64°	~85	~40–70	~63	Fließend, hinterlässt dünnen Tintenfilm
2	~85°	> 90°	~30°	Fließend, hinterlässt dünnen Film	n. v.	n. v.	n. v.	n. v.
3	~118°	~64°	~48°	~31°	~63°	> 90°	~58°	> 90°
4	~156°	~10°	~158°	~10°	~155°	~33°–58°	n. v.	n. v.
⁵	~131°	~8°	~113°	~4°	~120°	~25°	n. v.	n. v.

n. v. = nicht verfügbar

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 5867189 [0006, 0027]
US 4875619 [0033]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahldruckkopfes, umfassend eine Lochplatte mit einer oleophoben Oberfläche, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Abscheiden einer Siliciumschicht auf einer Lachplatte; Verwenden von Photolithographie zur Schaffung eines strukturierten Musters auf der Siliciumschicht auf der Lochplatte zur Bildung einer strukturierten Siliciumoberfläche; und chemisches Modifizieren der strukturierten Siliciumoberfläche durch Abscheiden eines sich anpassenden, oleophoben Beschichtungsmaterials auf der strukturierten Oberfläche.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das sich anpassende, oleophobe Beschichtungsmaterial auf der strukturierten Siliciumoberfläche mittels einer molekularen Gasphasenabscheidungstechnik, einer chemischen Gasphasenabscheidungstechnik oder einer selbstorganisierenden Lösungstechnik aufgebracht wird und gegebenenfalls wobei das sich anpassende oleophobe Beschichtungsmaterial eine selbstorganisierende Fluorsilanverbindung umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die oleophobe sich anpassende Beschichtung aus einer Vorstufe gebildet wird, die Tridecafluor-1,1,2,2-tetrahydrooctyltrichlorsilan, Tridecafluor-1,1,2,2-tetrahydrooctyltrimethoxysilan, Tridecafluor-1,1,2,2-tetrahydrooctyltriethoxysilan, Heptadecafluor-1,1,2,2-tetrahydrooctyltrichlorsilan, Heptadecafluor-1,1,2,2-tetrahydrooctyltrimethoxysilan, Heptadecafluor-1,1,2,2-tetrahydrooctyltriethoxysilan oder eine Kombination daraus umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, des Weiteren umfassend: Aufkleben der Lochplatte auf einen Stapel aus einer oder mehreren Düsenstapelplatten; wobei die Siliciumschicht gegebenenfalls auf der Lochplatte aufgebracht wird, bevor die Lochplatte auf einen Stapel aus einer oder mehreren Düsenstapelplatten aufgeklebt wird; wobei das strukturierte Muster gegebenenfalls gebildet wird, nachdem die Lochplatte auf einen Stapel aus einer oder mehreren Düsenstapelplatten aufgeklebt wurde.
Tintenstrahldruckkopf, umfassend: eine Lochplatte; eine auf der Lochplatte aufgebrachte Siliciumschicht, wobei eine äußere Oberfläche der Siliciumschicht ein strukturiertes Muster umfasst; und eine auf der strukturierten Siliciumschicht aufgebrachte, sich anpassende, oleophobe Beschichtung.
Druckkopf gemäß Anspruch 5, wobei das strukturierte Muster eine Säulenanordnung, eine Säulenanordnung mit einer auf genannten Säulen angebrachten überhängenden, einspringenden Struktur, eine Säulenanordnung mit strukturierten, welligen Seitenwänden oder eine Kombination daraus umfasst; oder wobei das strukturierte Muster ein Rillenmuster, ein Rillenmuster mit einer überhängenden einspringenden Struktur, ein Rillenmuster mit strukturierten, welligen Seitenwände oder eine Kombination daraus umfasst; oder wobei das Rillenmuster vorzugsweise eine Gesamthöhe von 0,5 bis 5 Mikrometer umfasst; und wobei das strukturierte Muster gegebenenfalls eine Säulenanordnung mit einer Säulenhöhe von 0,5 bis 5 Mikrometer umfasst.
Druckkopf gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei die oleophobe Oberfläche einen Kontaktwinkel mit Hexadecan von 90° bis 175°; und/oder einen Abrollwinkel für Hexadecan von 1° bis 30°; und/oder einen Kontaktwinkel mit Wasser von 120° bis 180° und/oder einen Abrollwinkel für Wasser von 1° bis 30° aufweist.
Druckkopf gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Siliciumschicht α-Silicium umfasst und/oder wobei die Lochplatte Edelstahl umfasst.
Druckkopf gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei das strukturierte Muster eine Konfiguration aufweist, welche einen Flüssigkeitsfluss in ein gewünschtes Fließmuster lenkt.
Druckkopf gemäß Anspruch 1, wobei das strukturierte Muster Säulen oder Rillenstrukturen mit einer strukturierten Seitenwand aufweist, die eine Vielzahl an Wellen umfasst, und wobei jede Welle eine Amplitude von etwa 100 Nanometer bis etwa 1.000 Nanometer aufweist.