DE102012203254A1

DE102012203254A1 - Mikrostrukturmaterialien und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE102012203254A1
Application number: DE102012203254A
Authority: DE
Inventors: Akihiro Oshima; Seiichi Tagawa; Masakazu Washio; Tomoko OYAMA; Tomohiro Takahashi; Satoshi Okubo; Akinobu Kobayashi; Naotsugu Nagasawa; Mitsumasa Taguchi
Original assignee: Japan Atomic Energy Agency
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2011-03-10
Filing date: 2012-03-01
Publication date: 2012-09-13
Also published as: US20120231220A1; CN102681337B; JP5845597B2; CN102681337A; JP2012187779A; US20160193756A1

Abstract

Es werden ein Mikrostrukturmaterial, das es erlaubt, dass ein konkav/konvexes Muster einer Form durch Härten einer Musterbildungsschicht durch ein beispielloses Verfahren auf ihm eingeprägt wird, sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben bereitgestellt. Eine PTFE-Dispersionsflüssigkeit wird in einer Musterbildungsschicht 2a verwendet, die einen Prägeabschnitt 2 bildet, wodurch erlaubt wird, dass eine solche Musterbildungsschicht 2a, die auf einem konkav/konvexen Muster einer Form 5 gebildet ist, gehärtet wird, wenn sie mit einer ionisierenden Strahlung bestrahlt wird. Dementsprechend verwendet das Verfahren zur Herstellung eines Mikrostrukturmaterials 1 der vorliegenden Erfindung ein Prägeverfahren, das es erlaubt, dass die Musterbildungsschicht 2a durch eine ionisierenden Strahlung R gehärtet wird, die sich von einem Wärmeprägen und einem optischen Prägen vollständig unterscheidet. Das heißt, durch ein einmaliges Verfahren kann die Musterbildungsschicht 2a gehärtet und das konkav/konvexe Muster der Form 5 somit auf ihr eingeprägt werden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mikrostrukturmaterial und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Beschreibung der verwandten Technik
In den letzten Jahren ist als Mikrofabrikationstechnik in der Größenordnung von Nanometern ein Verfahren zur Herstellung eines Mikrostrukturmaterials durch ein Prägeverfahren bekannt geworden. Dabei bezieht sich das Prägeverfahren auf ein Verfahren, bei dem eine Form mit einem auf ihrer Oberfläche ausgebildeten feinen konkav/konvexen Muster verwendet wird, und ein Werkstück wird gehärtet, während es in Berührung mit einem solchen konkav/konvexen Muster ist, gefolgt vom Entnehmen des Werkstücks aus der Form, um ein Mikrostrukturmaterial mit dem auf ihm eingeprägten konkav/konvexen Muster der Form zu erhalten (zum Beispiel ungeprüfte japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2000-194142 ).
Als eine solche Art eines Verfahrens zur Herstellung eines Mikrostrukturmaterials durch das Prägeverfahren sind zwei Verfahrensarten bekannt geworden, darunter: ein Wärmeverfahren (nachstehend als Wärmeprägen bezeichnet), bei dem Wärme verwendet wird, um ein konkav/konvexes Muster einer Form auf ein Werkstück zu prägen; und ein optisches Verfahren (nachstehend als optisches Prägen bezeichnet), bei dem Licht (UV) verwendet wird, um ein konkav/konvexes Muster einer Form auf ein Werkstück einzuprägen. Gemäß dem Wärmeprägen wird ein thermoplastisches Harz als Werkstück verwendet. Dann wird eine Musterbildungsschicht durch Drücken des konkav/konvexen Musters der Form gegen ein erhitztes und geschmolzenes thermoplastisches Harz ausgebildet, gefolgt vom Abkühlen einer solchen Musterbildungsschicht, wie sie ist, um so die entsprechende Musterbildungsschicht aus dem thermoplastischen Harz zu härten, wodurch ein Mikrostrukturmaterial mit dem auf ihm eingeprägten konkav/konvexen Muster der Form erhalten wird.
Währenddessen verwendet das optische Prägen: eine transparente Form, welche ausgebildet wird, indem ein konkav/konvexes Muster auf der Oberfläche eines Quarzsubstrats aufgetragen wird; und ein Lichthärtungsharz als Werkstück. Dann wird eine Musterbildungsschicht durch Verformen des Lichthärtungsharzes mit niedriger Viskosität mit der vorgenannten Form ausgebildet, gefolgt durch Bestrahlen eines solchen Lichthärtungsharzes, wie es ist, mit Ultraviolettlicht, wodurch die Musterbildungsschicht aus dem Lichthärtungsharz gehärtet wird, womit ein Mikrostrukturmaterial mit dem auf ihm eingeprägten konkav/konvexen Muster der Form erhalten wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Obwohl das vorstehend genannte Wärmeprägen und optische Prägen erlauben, dass eine Musterbildungsschicht gehärtet und ein konkav/konvexes Muster einer Form auf ihr durch Erhitzen/Abkühlen bzw. eine optische Bestrahlung eingeprägt wird, hat in den letzten Jahren hinsichtlich eines Herstellungsverfahrens für ein Mikrostrukturmaterial der Wunsch nach einem neuen anderen Verfahren zum Einprägen des konkav/konvexen Musters der Form als dem Wärmeprägen und optischen Prägen bestanden.
Insbesondere erfordert es ein Verfahren zur Herstellung eines Mikrostrukturmaterials durch das optische Prägen, dass die Musterbildungsschicht mit einem durch die Form hindurchgehenden Licht bestrahlt wird, wenn das konkav/konvexe Muster der Form auf das Lichthärtungsharz geprägt wird. Dementsprechend muss die Form dabei aus einem Material hergestellt sein, das dazu imstande ist, Licht hindurchzulassen, wie etwa Quarzglas, ein Fluorharz oder dergleichen. Aus diesem Grund hat in den letzten Jahren der Wunsch bestanden, dass ein neues Prägeverfahren nicht durch das Material der Form eingeschränkt wird.
Angesichts des vorstehenden Problems ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Mikrostrukturmaterial, das es erlaubt, dass ein konkav/konvexes Mustereiner Form auf ihm eingeprägt wird, indem eine Musterbildungsschicht durch ein einmaliges Verfahren gehärtet wird, sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben bereitzustellen.
Zur Lösung des vorstehenden Problems beinhaltet ein Mikrostrukturmaterial gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung: einen Prägeabschnitt mit einem auf ihm eingeprägten konkav/konvexen Muster einer Form durch Härten einer von der Form verformten Musterbildungsschicht, wobei der Prägeabschnitt durch Bestrahlen eines Ionisierungsstrahlungs-Härtungsmaterials mit einer ionisierenden Strahlung gehärtet wird.
Weiterhin beinhaltet der Prägeabschnitt gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung zumindest eine vernetzte Struktur oder ein Polymer, welche ausgebildet werden, indem erlaubt wird, dass entweder eine Vernetzungsreaktion oder eine Polymerisationsreaktion oder beide in dem Ionisierungsstrahlungs-Härtungsmaterial stattfinden.
Des Weiteren beinhaltet das Ionisierungsstrahlungs-Härtungsmaterial gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung: ein Polymer, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Polytetrafluorethylen, Poly-(ε-caprolacton), Polylactid, Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Polycarbosilan, Polysilan, Polymethylmethacrylat, Epoxyharz und Polyimid; ein modifiziertes Polymer des jeweiligen Polymers; ein Copolymer des jeweiligen Polymers; oder ein Gemisch aus zumindest zwei von dem jeweiligen Polymer, modifizierten Polymer und Copolymer.
Des Weiteren ist die Ionisierungsstrahlung gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung entweder irgendeiner von einem Elektronenstrahl, einem Röntgenstrahl, einem Gammastrahl, einem Neutronenstrahl und einer Hochenergie-Ionenstrahlung oder eine gemischte Strahlung von diesen.
Des Weiteren beinhaltet ein Herstellungsverfahren gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung: einen Ausbildungsschritt zum Ausbilden einer Musterbildungsschicht, die ein Ionisierungsstrahlungs-Härtungsmaterial auf der Oberfläche einer Form enthält, auf der ein konkav/konvexes Muster ausgebildet ist; und einen weiteren Ausbildungsschritt zum Ausbilden eines Mikrostrukturmaterials mit dem konkav/konvexen Muster der auf einem Prägeabschnitt eingeprägten Form, wobei der Prägeabschnitt durch Härten der Musterbildungsschicht durch Bestrahlung mit einer Ionisierungsstrahlung ausgebildet wird.
Des Weiteren erlaubt der weitere Ausbildungsschritt gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung, dass zumindest eine Vernetzungsreaktion oder eine Polymerisationsreaktion in dem Ionisierungsstrahlungs-Härtungsmaterial stattfindet, das mit der Ionisierungsstrahlung bestrahlt wird, wodurch die Musterbildungsschicht gehärtet wird.
Des Weiteren umfasst das Ionisierungsstrahlungs-Härtungsmaterial gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung: ein Polymer, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Polytetrafluorethylen, Poly-(ε-caprolacton), Polylactid, Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Polycarbosilan, Polysilan, Polymethylmethacrylat, Epoxyharz und Polyimid; ein modifiziertes Polymer des jeweiligen Polymers; ein Copolymer des jeweiligen Polymers; oder ein Gemisch aus zumindest zwei von dem jeweiligen Polymer, modifizierten Polymer und Copolymer.
Des Weiteren ist die Ionisierungsstrahlung gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung entweder irgendeiner von einem Elektronenstrahl, einem Röntgenstrahl, einem Gammastrahl, einem Neutronenstrahl und einer Hochenergie-Ionenstrahlung oder eine gemischte Strahlung von diesen.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Mikrostrukturmaterial und ein Herstellungsverfahren für dieses bereit. Insbesondere realisiert die vorliegende Erfindung ein Prägeverfahren, das es erlaubt, dass eine Musterbildungsschicht durch Ionisierungsstrahlung gehärtet wird, die sich von einem Wärmeprägen und einem optischen Prägen vollständig unterscheidet. Dementsprechend kann die Musterbildungsschicht durch ein beispielloses Verfahren gehärtet und ein konkav/konvexes Muster einer Form somit auf ihr eingeprägt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht, die einen Gesamtaufbau eines Mikrostrukturmaterials der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine schematische Ansicht, die einen Gesamtaufbau einer Form zeigt.
3A ist eine schematische Ansicht, die einen ersten Schritt eines Herstellungsverfahrens des Mikrostrukturmaterials zeigt.
3B ist eine schematische Ansicht, die einen zweiten Schritt des Herstellungsverfahrens des Mikrostrukturmaterials zeigt.
3C ist eine schematische Ansicht, die einen dritten Schritt des Herstellungsverfahrens des Mikrostrukturmaterials zeigt.
4A ist ein schematisches Diagramm, das eine Vernetzungsreaktion beschreibt.
4B ist ein schematisches Diagramm, das die Vernetzungsreaktion beschreibt.
5 ist eine Reihe chemischer Formeln, die eine Vernetzungsreaktion eines PTFE beschreiben.
6 ist eine grafische Darstellung, die eine Korrelation zwischen einem Energiespeicher und einer Übertragung durch Wasser zeigt, wenn eine Beschleunigungsspannung geändert wird.
7A ist eine schematische Ansicht, die einen ersten Schritt eines Herstellungsverfahrens der Form zeigt.
7B ist eine schematische Ansicht, die einen zweiten Schritt des Herstellungsverfahrens der Form zeigt.
7C ist eine schematische Ansicht, die einen dritten Schritt des Herstellungsverfahrens der Form zeigt.
7D ist eine schematische Ansicht, die einen vierten Schritt des Herstellungsverfahrens der Form zeigt.
7E ist eine schematische Ansicht, die einen fünften Schritt des Herstellungsverfahrens der Form zeigt.
8A ist ein schematisches Diagramm, das einen vernetzten Aufbau zeigt, der in einer anderen Ausführungsform ausgebildet ist.
8B ist ein schematisches Diagramm, das einen vernetzten Aufbau zeigt, der in der anderen Ausführungsform ausgebildet ist.
9A ist ein Diagramm, das eine Strukturformel von Polyethylen zeigt.
9B ist ein Diagramm, das Polyethylen in einem radikalisierten Zustand zeigt.
9C ist ein Diagramm, das Polyethylen mit einem vernetzten Aufbau vom H-Typ zeigt.
10A ist eine schematische Ansicht, die einen ersten Schritt eines Herstellungsverfahrens eines Mikrostrukturmaterials der anderen Ausführungsform zeigt.
10B ist eine schematische Ansicht, die einen zweiten Schritt des Herstellungsverfahrens des Mikrostrukturmaterials der anderen Ausführungsform zeigt.
10C ist eine schematische Ansicht, die einen dritten Schritt des Herstellungsverfahrens des Mikrostrukturmaterials der anderen Ausführungsform zeigt.
11A ist ein REM-Bild einer Form der Ausführungsform.
11B ist ein REM-Bild eines Mikrostrukturmaterials der Ausführungsform.
11C ist ein REM-Bild einer Form der Ausführungsform.
11D ist ein REM-Bild eines Mikrostrukturmaterials der Ausführungsform.
11E ist ein REM-Bild einer Form der Ausführungsform.
11F ist ein REM-Bild eines Mikrostrukturmaterials der Ausführungsform.
11G ist ein REM-Bild einer Form der Ausführungsform.
11H ist ein REM-Bild eines Mikrostrukturmaterials der Ausführungsform.
12A ist ein REM-Bild einer Form der anderen Ausführungsform.
12B ist ein REM-Bild eines Mikrostrukturmaterials der anderen Ausführungsform.
12C ist ein REM-Bild einer Form der anderen Ausführungsform.
12D ist ein REM-Bild eines Mikrostrukturmaterials der anderen Ausführungsform.
12E ist ein REM-Bild einer Form der anderen Ausführungsform.
12F ist ein REM-Bild eines Mikrostrukturmaterials der anderen Ausführungsform.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend im Detail und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
(1) Aufbauten des Mikrostrukturmaterials und der Form
In 1 steht das Symbol „1” für ein Mikrostrukturmaterial der vorliegenden Erfindung. Auf einem Prägesubstrat 3 ist ein Prägeabschnitt 2 ausgebildet, auf dem ein konkav/konvexes Muster einer (später beschriebenen) Form eingeprägt ist. Der Prägeabschnitt 2 kann beispielsweise eine Gruppe dünner Buchstaben sein, wie etwa „EB”, die vom dem Prägesubstrat 3 vorstehen, eine Höhe von 250 nm haben und ungefähr 20 μm lang und breit sind. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der Prägeabschnitt 2 des Mikrostrukturmaterials 1 nicht aus einem herkömmlichen thermoplastischen Harz oder einem Lichthärtungsharz ausgebildet. Tatsächlich wird der Prägeabschnitt 2 mittels einer PTFE-Dispersionsflüssigkeit (z. B. XAD-911 oder XAD-912 von Asahi Glass Fluoropolymers) ausgebildet, welche gehärtet wird, wenn sie mit einer ionisierenden Strahlung wie etwa einem Elektronenstrahl oder dergleichen bestrahlt wird.
Die PTFE-Dispersionsflüssigkeit, die in der vorliegenden Ausführungsform als Zusammensetzung zum Einprägen dient, enthält Polytetrafluorethylen (das ein Fluorharz ist und nachstehend als PTFE bezeichnet wird), das in einer wässrigen Dispersionsflüssigkeit, wie etwa einem nicht-ionischen oberflächenaktiven Stoff oder dergleichen, gleichmäßig verteilt ist. Die PTFE-Dispersionsflüssigkeit wird gehärtet, wenn sie mit der ionisierenden Strahlung bestrahlt wird. Insbesondere kann eine Vernetzungsreaktion stattfinden, wenn die PTFE-Dispersionsflüssigkeit härtet, wenn das PTFE in einer sauerstofffreien Atmosphäre zum Zeitpunkt des Bestrahlens der PTFE-Dispersionsflüssigkeit mit der ionisierenden Strahlung bereits erhitzt und geschmolzen worden ist.
Gemäß einem Herstellungsvorgang des Mikrostrukturmaterials 1 wird die PTFE-Dispersionsflüssigkeit durch Spin-Coating (Rotationsbeschichtung) gleichförmig auf eine Oberfläche der Form mit dem konkav/konvexen Muster gegossen. Die so gegossene PTFE-Dispersionsflüssigkeit wird dann mit der ionisierenden Strahlung unter der sauerstofffreien Atmosphäre bestrahlt, wobei das PTFE in dieser erhitzt und geschmolzen worden ist. Auf diese Weise erfolgt die Vernetzungsreaktion im PTFE, womit es dem PTFE erlaubt wird, direkt gehärtet zu werden und den Prägeabschnitt 2 zu bilden.
Während des Herstellungsvorgangs des Mikrostrukturmaterials 1 der vorliegenden Ausführungsform erfolgt die Vernetzungsreaktion im PTFE, wodurch erlaubt wird, dass das Mikrostrukturmaterial 1 im Prägeabschnitt 2 einen Vernetzungsaufbau hat, womit eine mechanische Festigkeit, wie etwa Verschleißwiderstand oder dergleichen, und ein Wärmewiderstand des entsprechenden Prägeabschnitts 2 verbessert werden. Dabei kann die ionisierende Strahlung entweder irgendeiner von den vorgenannten Elektronenstrahl, Röntgenstrahl, Gammastrahl, Neutronenstrahl und Hochenergie-Ionenstrahlung oder eine gemischte Strahlung derselben sein.
Als die Form, die zur Herstellung des Mikrostrukturmaterials 1 verwendet wird, können tatsächlich verschiedene Arten von Formen verwendet werden, die bei einem konventionellen Wärme- oder optischen Prägen oder bei anderen Prägeverfahren eingesetzt werden. Wie in 2 gezeigt, weist eine Form 5 ein Substrat 6 auf, das belspielsweise aus Silicium hergestellt ist. Weiterhin ist eine Nut 7 von einer gewünschten Form auf der Oberfläche des Substrats 6 so ausgebildet, dass das konkav/konvexe Muster darauf ausgebildet ist. Gemäß der Form 5 der vorliegenden Ausführungsform ist die zu einer umgedrehten „EB”-Form ausgebildete Nut 7 auf der Oberfläche des Substrat 6 zum Zweck des Einprägens der vorstehenden Buchstaben „EB” auf dem Prägeabschnitt 2 des Mikrostrukturmaterials 1 ausgebildet (1). Das Mikrostrukturmaterial 1 der vorliegenden Erfindung wird unter Verwendung der vorstehend angegebenen Form 5 wie folgt hergestellt.
(2) Verfahren zur Herstellung des Mikrostrukturmaterials
Zu Beginn wird die PTFE-Dispersionsflüssigkeit auf die konkav/konvexe gemusterte Oberfläche der in 2 gezeigten Form 5 aufgetragen, gefolgt vom Gießen der so aufgebrachten PTFE-Dispersionsflüssigkeit auf die Oberfläche der Form 5 durch Spin-Coating. Wie in 3A gezeigt, wird auf diese Weise bewirkt, dass die PTFE-Dispersionsflüssigkeit in die konkav/konvexe gemusterte Nut 7 der Form 5 eintritt, wodurch erlaubt wird, dass eine Musterbildungsschicht 2a mit einer gleichmäßigen Oberfläche auf der Oberfläche der entsprechenden Form 5 ausgebildet wird.
Als nächstes wird das PTFE durch Erhitzen der PTFE-Dispersionsflüssigkeit unter der sauerstofffreien Atmosphäre erhitzt und geschmolzen. Wie in 3B gezeigt, wird dann ein Prägesubstrat 3 gegen die Musterbildungsschicht 2a gedrückt, gefolgt von einem gleichförmigen Bestrahlen der entsprechenden Bildungsschicht 2a mit einer Ionisierungsstrahlung R von oberhalb des Prägesubstrats 3, wobei ein solches Prägesubstrat 3 aus einer Keramik wie etwa Silicium, Aluminiumoxid, Glas oder dergleichen, oder einem Metall, wie etwa Nickel oder dergleichen, hergestellt ist. Auf diese Weise wird gestattet, dass die ionisierende Strahlung R die Musterbildungsschicht 2a durch das Prägesubstrat 3 erreicht und so kann die gesamte Musterbildungsschicht 2a bestrahlt werden. Die Vernetzungsreaktion erfolgt im PTFE, wenn die Musterbildungsschicht 2a mit der ionisierenden Strahlung R bestrahlt wird. Als Ergebnis bildet ein in 4A gezeigtes geradkettiges PTFE ein in 4B gezeigtes Netz, so dass die Musterbildungsschicht 2a direkt gehärtet und an das Prägesubstrat 3 geheftet werden kann, um den Prägeabschnitt 2 zu bilden.
Dabei beinhaltet, anders als in einer Vakuumatmosphäre, die sauerstofffreie Atmosphäre, unter der die Musterbildungsschicht 2a mit der ionisierenden Strahlung R bestrahlt wird, auch eine Atmosphäre, die aus einem inerten Gas, wie etwa Helium, Stickstoff oder dergleichen, zusammengesetzt ist. Das PTFE wird tatsächlich unter einer solchen Art von Atmosphäre erhitzt und geschmolzen und erlaubt es, dass die Vernetzungsreaktion darin erfolgt, wenn mit der ionisierenden Strahlung R bestrahlt wird. Ein weiteres Herstellungsverfahren erlaubt es, dass die Vernetzungsreaktion im PTFE selbst in der Atmosphäre erfolgt, indem eine absorbierte Dosis der ionisierenden Strahlung erhöht wird, um einen oxidativen Abbau des PTFE zu begrenzen.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird das PTFE tatsächlich als Ionisierungsstrahlungs-Härtungsmaterial verwendet. Insbesondere besteht das PTFE, wie in 5 gezeigt, aus Fluor (F) und Kohlenstoff (C). Wenn Hauptkohlenstoffketten im PTFE einfach mit der ionisierenden Strahlung R bestrahlt werden, werden sie zerbrochen, wodurch sie Kohlenstoffradikale bilden und bewirken, dass sich das entsprechende PTFE abbaut (5, ein nach rechts zeigender Pfeil X1). Wenn das PTFE dagegen mit der ionisierenden Strahlung unter der sauerstofffreien Atmosphäre (Fehlen von Sauerstoff) bestrahlt wird, während es erhitzt und geschmolzen wird (5, ein nach unten zeigender Pfeil X2), wird bewirkt, dass radikalisierte Kohlenstoffatome chemisch miteinander durch die Vernetzungsreaktion verbunden werden, wodurch sie vernetzte Strukturen von beispielsweise einem Y-Typ und einem Y'-Typ (der sich vom Y-Typ in der Anzahl der Fluoratome unterscheidet) bilden, womit gestattet wird, dass eine Netzstruktur im Prägeabschnitt 2 gebildet wird.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist eine hocheffiziente Vernetzungsbehandlung möglich, wenn die bei einer Temperatur von 340 bis 350°C geschmolzene PTFE-Dispersionsflüssigkeit dann mit der ionisierenden Strahlung bei einer Temperatur eines supergekühlten Zustands von 310 bis 325°C bestrahlt wird. Es ist bevorzugt, dass, wenn die PTFE-Dispersionsflüssigkeit mit dem Elektronenstrahl bestrahlt wird, der eine ionisierende Strahlung ist, dessen absorbierte Dosis 100 kGy bis 1 MGy beträgt. Insbesondere beträgt die absorbierte Dosis bevorzugt 100 bis 300 kGy, wenn gewünscht wird, den Verschleißwiderstand zu verbessern. Des Weiteren beträgt die absorbierte Dosis bevorzugt nicht weniger als 500 kGy, wenn gewünscht wird, den Wärmewiderstand zu verbessern. Des Weiteren kann der PTFE enthaltende Prägeabschnitt 2 eine Wärmekriecheigenschaft desselben aufweisen, die bei 200°C beträchtlich verbessert ist. Da das konventionelle thermoplastische Harz und das Lichthärtungsharz, die im Prägeabschnitt verwendet werden, einen β-Übergang erfahren, ändern sich ihre Permittivitäten variabel, wenn sich die Temperatur ändert. Jedoch stabilisiert sich eine dielektrische Eigenschaft des PTFE enthaltenden Prägeabschnitts 2 in einem Temperaturbereich von –70 bis 100°C.
6 ist eine grafische Darstellung, die eine Korrelation zwischen einem Energiespeicher und einer Übertragung durch Wasser unter einer bestimmten Beschleunigungsspannung zeigt, bei der der als ionisierende Strahlung dienende Elektronenstrahl zugeführt wird, wobei eine solche Beschleunigungsspannung freiwillig innerhalb eines Bereichs von 30 bis 200 kV geändert wird. Die grafische Darstellung gibt an, dass die Beschleunigungsspannung des Elektronenstrahls in Abhängigkeit von einer Dünnfilmdicke der Musterbildungsschicht 2a während des Herstellungsverfahrens des Mikrostrukturmaterials 1 verstellt werden kann. Beispielsweise zeigt die grafische Darstellung, dass die gesamte Musterbildungsschicht 2a mit einer Dünnfilmdicke von ungefähr 100 μm bestrahlt werden kann, wenn die Beschleunigungsspannung des Elektronenstrahls nicht niedriger als 100 kV ist.
Was die Temperatursteuerung zum Zeitpunkt der Zuführung der ionisierenden Strahlung während der Durchführung des Erhitzens betrifft, so kann auch eine andere direkte Wärmequelle als eine indirekte Wärmequelle verwendet werden, wie etwa eine normale thermostatische Kammer vom Gaszirkulationstyp, eine Infrarotheizvorrichtung, eine Schaltschrank- bzw. Wandheizung oder dergleichen. Als derartige Wärmequelle kann auch direkt eine Wärme verwendet werden, die zum Zeitpunkt des Steuerns einer Energie des von einem Elektronenbeschleuniger emittierten Elektronenstrahls erzeugt wird.
Gemäß dem vorstehend angegebenen Herstellungsverfahren kann auf diese Weise auf der Oberfläche der Form 5 das Mikrostrukturmaterial 1 mit dem Prägeabschnitt 2 mit dem darauf eingeprägten konkav/konvexen Muster ausgebildet werden. Schließlich kann, wie in 3C gezeigt, auch nur das Mikrostrukturmaterial 1 mit dem Prägeabschnitt 2 mit dem darauf eingeprägten konkav/konvexen Muster der Form 5 durch Entfernen des entsprechenden Mikrostrukturmaterials 1 von der Oberfläche der Form 5 erhalten werden. Da der Prägeabschnitt 2 das PTFE von überlegener Entformbarkeit enthält, kann es gemäß der vorliegenden Ausführungsform leicht von der Oberfläche der Form 5 entfernt werden, ohne ein Formlösemittel zu verwenden, das herkömmlicherweise beim Herstellungsvorgang eingesetzt worden ist.
Obwohl verschiedene Arten herkömmlicher Formen bei dem vorgenannten Herstellungsverfahren eingesetzt werden können, kann die Form 5, die wie folgt hergestellt ist, beispielsweise dazu benutzt werden, das Mikrostrukturmaterial 1 herzustellen. Insbesondere wird ein Substrat 6 mit einem auf ihm aufgetragenen Fotolackmaterial zuerst auf einer Heizplatte HP platziert. Als Nächstes wird, wie in 7A gezeigt, das Substrat durch die Heizplatte HP erhitzt, wodurch auf dem Substrat 6 ein Fotolack 8 ausgebildet, wobei ein Lösungsmittel des Fotolackmaterials verdunstet. Als Nächstes wird, wie in 7B gezeigt, eine in einem gegebenen Muster geöffnete Maske 9 auf dem Fotolack 8 ausgebildet, um den entsprechenden Fotolack 8 freizulegen und denselben zu strukturieren. Die Maske 9 wird später nach Abschluss der Strukturierung des Fotolacks 8 entfernt.
Anschließend wird eine gegebene Lösung verwendet, um den Fotolack 8 zu ätzen, um einen freigelegten Fotolackabschnitt 8a von diesem zu entfernen und schließlich, wie in 7C gezeigt, den Fotolack 8 zu einer gegebenen Form auszubilden, die das Substrat 6 in einem gegebenen Muster freilegt. Wie in 7D gezeigt, wird ein solcher Fotolack 8 dann als Maske zum Trockenätzen des Substrats 6 verwendet. Der als Maske verwendete Fotolack 8 wird am Ende entfernt, so dass, wie in 7E gezeigt, die Form 5 mit der auf der Oberfläche des Substrats 6 ausgebildeten konkav/konvexen gemusterten Nut 7 erhalten werden kann. Das Mikrostrukturmaterial 1 der vorliegenden Erfindung kann unter Verwendung der so erhaltenen Form 5 hergestellt werden.
(3) Betrieb und Wirkung
Gemäß dem vorstehend angegebenen Herstellungsverfahren des Mikrostrukturmaterials 1 der vorliegenden Erfindung wird die PTFE-Dispersionsflüssigkeit in der Musterbildungsschicht 2a verwendet, die den Prägeabschnitt 2 zusammensetzt. Daher härtet eine solche Musterausbildungsschicht 2a, die auf dem konkav/konvexen Muster der Form 5 ausgebildet ist, wenn sie mit der ionisierenden Strahlung bestrahlt wird, wodurch das Mikrostrukturmaterial 1 mit dem Prägeabschnitt 2 mit dem auf ihm eingeprägten konkav/konvexen Muster der Form 5 erhalten wird.
Auf diese Weise erlaubt es das Prägeverfahren der vorliegenden Erfindung der Musterbildungsschicht 2a, durch die ionisierende Strahlung zu härten, das sich von einem Wärmeprägen und einem optischen Prägen vollständig unterscheidet. Das heißt, es wird ein beispielloses Verfahren angewendet, um die Musterbildungsschicht 2a zu härten und auf ihr das konkav/konvexe Muster der Form 5 einzuprägen.
Weiterhin enthält die Musterbildungsschicht 2a der vorliegenden Ausführungsform das PTFE. Daher kann die Vernetzungsstruktur aufgrund der Vernetzungsreaktion gebildet werden, die in dem PTFE erfolgt, das mit der ionisierenden Strahlung unter der sauerstofffreien Atmosphäre bestrahlt wird, während es erhitzt und geschmolzen wird. Dementsprechend kann in Bezug auf den Prägeabschnitt 2 eine mechanische Festigkeit, wie etwa die Verschleißfestigkeit oder dergleichen, und eine physikalische Eigenschaft, wie etwa der Wärmewiderstand oder dergleichen, verbessert werden. Das heißt, während des Herstellungsvorgangs des Mikrostrukturmaterials 1 kann die Vernetzungsstruktur im Prägeabschnitt 2 ohne Verwendung eines Vernetzungsmittels ausgebildet werden, wodurch ein Fremdstoff in der Musterbildungsschicht 2a vermieden wird, wie etwa das Vernetzungsmittel selbst oder dergleichen.
Des Weiteren ist gemäß dem Mikrostrukturmaterial 1 der vorliegenden Ausführungsform das im Prägeabschnitt 2 enthaltene PTFE von überlegener Entformbarkeit, wodurch gestattet wird, dass das Mikrostrukturmaterial 1 selbst leicht von der Oberfläche der Form 5 entfernt wird, ohne im Herstellungsverfahren ein Trennmittel zu verwenden.
Weiterhin ist es gemäß dem Herstellungsverfahren des Mikrostrukturmaterials 1 nicht erforderlich, dass die Musterbildungsschicht mit einem Licht durch die Form bestrahlt wird, wie es beim optischen Prägen der Fall ist. Daher kann die Form 5 tatsächlich unter Verwendung verschiedener Arten opaker Materialien, wie etwa einem schwarzen Material oder dergleichen, hergestellt werden. Somit kann immer noch der Prägeabschnitt 2 ausgebildet werden, auf dem das konkav/konvexe Muster der Form eingeprägt ist, selbst wenn die entsprechende Form aus einem der vorgenannten opaken Materialien hergestellt ist.
(4) Andere Ausführungsform
Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorliegende Ausführungsform beschränkt. Tatsächlich sind verschiedene modifizierte Ausführungsformen im Umfang der Kernaussage der vorliegenden Erfindung möglich. Beispielsweise kann statt der Erzeugung von Elektronen durch die ionisierende Strahlung auch eine thermale Elektronenerzeugung eingesetzt werden, die durch Anlegen eines Stroms an einen Wolframfaden oder dergleichen bewirkt wird, um den betreffenden Faden entsprechend zu erhitzen. Des Weiteren kann auch ein Verfahren zum Erzeugen von Fotoelektronen durch Bestrahlen von Kupfer, Magnesium, Caesiumtellurid oder dergleichen mit UV-Licht oder ein Verfahren zum Erzeugen sekundärer Elektronen durch das Auftreffen einer Ionenkollision auf einem Medium angewendet werden. Was ein Verfahren zur Elektronenbeschleunigung betrifft, so kann beispielsweise eine elektrostatische Beschleunigung eingesetzt werden, die durch eine Cockcroft-Schaltung, oder eine HF-Beschleunigung, die durch eine Hochfrequenzwelle bewirkt wird. In der vorliegenden Erfindung ist die elektrostatische Beschleunigung bevorzugt, wenn die Bestrahlung in einem Elektronenbereich von 100 μm oder weniger zugeführt wird. Obwohl eine Spannung vorzugsweise ungefähr 40 bis 100 kV in der sauerstofffreien Atmosphäre beträgt, kann weiterhin auch eine Spannung verwendet werden, die nicht niedriger als eine solche Spannung ist.
Weiterhin wird gemäß der vorgenannten Ausführungsform das Mikrostrukturmaterial 1 aus der Form 5 entfernt, um das Mikrostrukturmaterial 1 allein zu erhalten und zu gestatten, dass das entsprechende Mikrostrukturmaterial 1 auf verschiedenen technischen Gebieten eingesetzt wird. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche Ausführungsform beschränkt. Tatsächlich kann das mit der Form 5 verbundene Mikrostrukturmaterial 1 so wie es ist auf verschiedenen technischen Gebieten verwendet werden, ohne das Mikrostrukturmaterial 1 unbedingt aus der Form 5 zu entfernen.
Weiterhin wird gemäß der vorgenannten Ausführungsform die PTFE-Dispersionsflüssigkeit, die sich in einem flüssigen Zustand befindet und das PTFE enthält, als Zusammensetzung zum Prägen verwendet. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche Ausführungsform beschränkt. Tatsächlich kann eine Zusammensetzung zum Prägen in verschiedenen anderen Zuständen verwendet werden, wie etwa eine, die sich in einem Gelzustand befindet und das PTFE enthält, solange das konkav/konvexe Muster mittels der Form 5 ausgebildet werden kann.
Weiterhin wird gemäß der vorstehenden Ausführungsform das PTFE verwendet. Derartiges PTFE wird mit der ionisierenden Strahlung in der sauerstofffreien Atmosphäre bestrahlt, während es erhitzt und geschmolzen wird, wodurch bewirkt wird, dass die Vernetzungsreaktion erfolgt und somit die Vernetzungsstruktur ausgebildet wird. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche Ausführungsform beschränkt. Was ein Ionisierungsstrahlungs-Härtungsmaterial betrifft, können auch verschiedene Arten von Materialien verwendet werden, wie etwa ein Material, das ein Polymer durch eine Polymerisierungsreaktion bildet, wenn es mit der ionisierenden Strahlung bestrahlt wird, oder ein Material, das sowohl die vernetzte Struktur als auch das Polymer durch sowohl die Vernetzungsreaktion als auch die Polymerisierungsreaktion bildet, wenn es mit der ionisierenden Strahlung bestrahlt wird.
Weiterhin kann, was ein Ionisierungsstrahlungs-Härtungsmaterial betrifft, auch ein Material verwendet werden, das nur eine oder keine der Vernetzungsreaktion und der Polymerisierungsreaktion erfährt, solange die Musterbildungsschicht gehärtet werden kann, wenn sie mit der ionisierenden Strahlung bestrahlt wird. Beispielsweise wird, wenn ein durch Strahlung abbaubares Polycarbonat als Ionisierungsstrahlungs-Härtungsmaterial verwendet wird, die das entsprechende Polycarbonat enthaltende Musterbildungsschicht bis zu einer Temperatur von ungefähr 150°C erhitzt, die nicht niedriger als ein Glasübergangspunkt ist, und wird ebenfalls mit einer ionisierenden Strahlung von 2 bis 20 kGy in einem sauerstofffreien Zustand bestrahlt. Auf diese Weise kann die Musterbildungsschicht, obwohl sie keiner Vernetzungsreaktion unterzogen wird, gehärtet werden (wobei die Vickers-Härte um das 1,5- bis 2-Fache größer als ein Anfangswert ist), wodurch es ermöglicht wird, den Prägeabschnitt auszubilden.
Gemäß der vorgenannten Ausführungsform ist das PTFE des Weiteren als Ionisierungsstrahlungs-Härtungsmaterial eingesetzt. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche Ausführungsform beschränkt. Als Ionisierungsstrahlungs-Härtungsmaterial können auch Materialien verwendet werden, die polymerisierbare Funktionsgruppen und ungesättigte Bindungen aufweisen. Solche Materialien beinhalten: ein Harz, wie etwa ein Harz auf Styrolbasis, ein Harz auf Vinylbasis, ein Harz auf Vinylidenbasis, ein Harz auf Urethanbasis, ein Harz auf Acrylbasis, ein Epoxyharz oder dergleichen; und ein Monomer, ein Dimer oder ein Oligomer, das styrolbasiert, vinylbasiert, vinylidenbasiert, urethanbasiert, acrylbasiert oder epoxybasiert ist. Insbesondere kann ein Ionisierungsstrahlungs-Härtungsmaterial beinhalten: ein Polymer, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Poly-(ε-caprolacton) [PCL], Polylactid, Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Polycarbosilan, Polysilan, Polymethylmethacrylat, Epoxyharz und Polyimid; ein modifiziertes Polymer des betreffenden Polymers; ein Copolymer des betreffenden Polymers; oder ein Gemisch von mindestens zwei des betreffenden Polymers, modifizierten Polymers und Copolymers. Es ist insbesondere nachfolgend beschrieben, wie PLC und Polylactid als Ionisierungsstrahlungs-Härtungsmaterialien verwendet werden können.
(4-1) Ionisierungsstrahlungs-Härtungsmaterial
(4-1-1) Wenn Poly-(ε-caprolacton) [PCL] als Ionisierungsstrahlungs-Härtungsmaterial verwendet wird
Eine PLC enthaltende Musterbildungsschicht wird gehärtet, wenn sie mit der ionisierenden Strahlung bestrahlt wird, womit es möglich gemacht wird, den Prägeabschnitt auszubilden, auf dem das konkav/konvexe Muster der Form 5 eingeprägt ist. Da das PCL strahlungsvernetzbar ist, erfolgt des Weiteren in ihm die Vernetzungsreaktion, wenn es mit der ionisierenden Strahlung bestrahlt wird, wodurch erlaubt wird, dass die physikalischen Eigenschaften des Prägeabschnitts verbessert werden. Als biologisch abbaubarer Kunststoff, der auch strahlungsvernetzbar ist, kann außer PCL beispielsweise auch Polybutylensuccinat, ein Copolymer von Poly-(butylensuccinat-coadipat) oder ein Copolymer von Poly-(butylenterephthalat-coadipat) verwendet werden.
Insbesondere findet die Vernetzungsreaktion in PCL statt, wenn die Musterbildungsschicht mit einer ionisierenden Strahlung von 100 kGy oder höher während des Herstellungsvorgangs bestrahlt wird, wodurch erlaubt wird, dass der Wärmewiderstand des Prägeabschnitts verbessert wird. Beispielsweise wurde in Bezug auf eine Probe, die PCL enthielt und mit einer ionisierenden Strahlung von 200 kGy bestrahlt worden war, deren Wärmewiderstand durch einen Hochtemperatur-Kriechtest ausgewertet. Im Ergebnis zerbrach eine Probe, die nicht mit der ionisierenden Strahlung bestrahlt worden war, sofort bei einem Schmelzpunkt von 60°C. Jedoch war die Probe, die mit der ionisierenden Strahlung bestrahlt worden war, stabil und zerbrach auch dann nicht, nachdem sie 24 Stunden lang oder länger bei 100°C gehalten worden war. Weiterhin hielt die Probe, die mit der ionisierenden Strahlung bestrahlt worden war, sogar eine Temperatur von 150°C für eine kurze Zeitspanne von ungefähr 30 Minuten aus. Dementsprechend erfolgt die Vernetzungsreaktion in Bezug auf die PCL enthaltende Musterbildungsschicht, wenn sie mit der ionisierenden Strahlung bestrahlt wird, wodurch ermöglicht wird, die physikalischen Eigenschaften des Prägeabschnitts zu verbessern.
Weiterhin kann durch Bestrahlen einer solchen Musterbildungsschicht mit der ionisierenden Strahlung, während sie erhitzt wird, die Vernetzungsreaktion im PCL stattfinden und die Musterbildungsschicht kann auf dieselbe Weise gehärtet werden, als wenn die Musterbildungsschicht mit der Ionisierungsstrahlung bestrahlt wird, ohne erhitzt zu werden, selbst wenn die absorbierte Dosis der ionisierenden Strahlung um die Hälfte gesenkt wird. Weiterhin ändert sich in Bezug auf den Prägeabschnitt in diesem Fall auch dessen Bioabbaubarkeits-Eigenschaft aufgrund der Vernetzungsreaktion, die im PCL stattfindet, und der Bioabbau-Widerstand des entsprechenden Prägeabschnitts kann, obwohl er von einem Zustand abhängt, um ungefähr das 1,5- bis 2-Fache verbessert werden.
(4-1-2) Wenn Polylactid als Ionisierungsstrahlungs-Härtungsmaterial verwendet wird
Selbst eine Musterbildungsschicht, die Polylactid als Ionisierungsstrahlungs-Härtungsmaterial verwendet, kann gehärtet werden, wenn sie mit der ionisierenden Strahlung bestrahlt wird, womit es ermöglicht wird, den Prägeabschnitt auszubilden, auf dem das konkav/konvexe Muster der Form 5 eingeprägt ist. Da Polylactid strahlungsabbaubar ist, muss ihm jedoch beispielsweise Triarylisocyanurat (TAIC), Glutarsäuredivinyl (GDV) oder Adipinsäuredivinyl (ADV) als Vernetzungsmittel zugegeben werden, wodurch erlaubt wird, dass selbst die Vernetzungsreaktion in ihm stattfindet, wenn es mit der ionisierenden Strahlung bestrahlt wird, wodurch es ermöglicht wird, den Prägeabschnitt mit modifizierten physikalischen Eigenschaften auszubilden.
In diesem Fall beträgt die absorbierte Dosis der ionisierenden Strahlung, mit der die Musterbildungsschicht bestrahlt wird, vorzugsweise ungefähr 50 bis 200 kGy und am meisten bevorzugt ungefähr 80 kGy. Polylactid wird weich und seine Festigkeit nimmt bei ungefähr 50°C ab und erfährt weiterhin bei 100°C eine Wärmeverformung. Wenn jedoch Triarylisocyanurat (TAIC), das als Vernetzungsmittel dient, zu Polylactid in einem Verhältnis von Triarylisocyanurat (TAIC) zu Polylactid von 3 zu 100 zugegeben wird, um zu bewirken, dass die Vernetzungsreaktion stattfindet, wenn es mit der ionisierenden Strahlung bestrahlt wird, erfährt das Polylactid keine Wärmeverformung, selbst bei einer Temperatur von nicht weniger als 200°C, und sein Wärmewiderstand wird somit um 100°C oder mehr im Vergleich zu Polylactid ohne Vernetzungsmittel verbessert. Insbesondere werden im Hinblick auf das ein Vernetzungsmittel enthaltende Polylactid Sphärokristalle ausgebildet, wenn das Vernetzungsmittel vom Polylactid getrennt wird, wenn die Musterbildungsschicht auf der Oberfläche der Form 5 durch Spin-Coating ausgebildet wird, was somit zu einem Strahlungsabbau führt. Jedoch kann die Vernetzungsreaktion in diesem Fall immer noch stattfinden, wenn die Musterbildungsschicht mit der ionisierenden Strahlung bestrahlt wird, während sie erhitzt wird oder bei einem hohen Strom (bei einer Hochdosisrate). Dementsprechend kann selbst die Musterbildungsschicht, die aus ein Vernetzungsmittel enthaltendem Polylactid ausgebildet ist, gestatten, dass die Vernetzungsreaktion stattfindet, wenn sie mit der ionisierenden Strahlung bestrahlt wird, wodurch ermöglicht wird, dass die physikalischen Eigenschaften des Prägeabschnitts verbessert werden.
(4-2) Vernetzungsreaktion
Das in der vorstehenden Ausführungsform verwendete PTFE bildet Y-förmige vernetzte Strukturen des Y-Typs und des Y'-Typs aus, wenn es mit der ionisierenden Strahlung unter der gegebenen Bedingung bestrahlt wird. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine derartige Ausführungsform beschränkt. Tatsächlich können Ionisierungsstrahlungs-Härtematerialien verwendet werden, die verschiedene andere Typen von vernetzten Strukturen bilden, wie etwa ein Ionisierungsstrahlungs-Härtungsmaterial eines H-Typs, der eine H-förmige vernetzte Struktur bildet, wie in 8A gezeigt, oder ein Ionisierungsstrahlungs-Härtungsmaterial eines X-Typs, das eine X-förmige vernetzte Struktur bildet, wie in 8B gezeigt.
Wenn als Ionisierungsstrahlungs-Härtungsmaterial ein Polyethylen verwendet wird, das aus Kohlenstoff und Wasserstoff zusammengesetzt ist, wie in 9A gezeigt, werden beispielsweise Kohlenstoffradikale, wie in 9B gezeigt, zu dem Zeitpunkt gebildet, zu dem das Polyethylen mit der ionisierenden Strahlung bestrahlt wird. Anschließend wird, wie in 9C gezeigt, bewirkt, dass die radikalisierten Kohlenstoffatome durch die Vernetzungsreaktion miteinander chemisch verbunden werden, so dass sie die vernetzte Struktur vom H-Typ bilden, wodurch erlaubt wird, dass die Netzstruktur im Prägeabschnitt ausgebildet wird.
(4-3) Herstellungsverfahren einer weiteren Ausführungsform
Des Weiteren wird gemäß der vorgenannten Ausführungsform und wie in den 3A bis 3C gezeigt, die Musterbildungsschicht 2a auf der Oberfläche der Form 5 mit dem konkav/konvexen Muster ausgebildet, gefolgt vom Drücken des Prägesubstrats 3 gegen die Musterbildungsschicht 2a und danach Bestrahlen der entsprechenden Musterbildungsschicht 2a mit der ionisierenden Strahlung, wodurch erlaubt wird, dass die Musterbildungsschicht 2a gehärtet wird, und somit wird der Prägeabschnitt 2 ausgebildet. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche Ausführungsform beschränkt. Tatsächlich können verschiedene andere Herstellungsverfahren verwendet werden, solange der Prägeabschnitt 2 durch Bestrahlen der Musterbildungsschicht 2a mit der ionisierenden Strahlung R zum Härten derselben ausgebildet werden kann.
Beispielsweise kann die das PTFE enthaltende PTFE-Dispersionsflüssigkeit zuerst als Zusammensetzung zum Prägen hergestellt werden. Wie in 10A gezeigt, wird die PTFE-Dispersionsflüssigkeit dann auf das Prägesubstrat 3 aufgetragen, um die Musterbildungsschicht 2a mit der gleichmäßigen Oberfläche auszubilden. Als Nächstes wird, wie in 10B gezeigt, eine Form 15 mit einer konkav/konvex gemusterten Nut 7, die auf einer Oberfläche eines Substrats 16 ausgebildet ist, hergestellt. Eine solche Form 15 wird dann von über der Musterbildungsschicht 2a so abgesenkt, dass schließlich erlaubt wird, dass das konkav/konvexe Muster der Form 15 gegen die entsprechende Bildungsschicht 2a drückt. Die so gegen die Form 15 gedrückte Musterbildungsschicht 2a wird dann mit der ionisierenden Strahlung R von der Seite des Prägesubstrats 1 in der sauerstofffreien Atmosphäre bestrahlt, wobei das PTFE in dieser erhitzt und geschmolzen worden ist. Dementsprechend erreicht die ionisierende Strahlung R die Musterbildungsschicht 2a durch das Prägesubstrat 3, so dass die gesamte Musterbildungsschicht 2a damit bestrahlt werden kann. Die so mit der ionisierenden Strahlung R bestrahlte Musterbildungsschicht 2a erlaubt es, dass die Vernetzungsreaktion im PTFE stattfindet, das als Ionisierungsstrahlungs-Härtungsmaterial dient. Im Ergebnis wird das geradkettige PTFE veranlasst, das Netz so zu bilden, dass die Musterbildungsschicht 2a direkt gehärtet und am Prägesubstrat 3 angeheftet werden kann, wodurch der Prägeabschnitt 2 ausgebildet wird.
Auf diese Weise kann auf dem Prägesubstrat 3 das Mikrostrukturmaterial 1 mit dem auf dem Prägeabschnitt 2 eingeprägten konkav/konvexen Muster ausgebildet werden. Schließlich wird, wie in 10C gezeigt, die Form 15 aus dem Mikrostrukturmaterial 1 entfernt, um tatsächlich zu erlauben, dass das Mikrostrukturmaterial 1 aus der Form 15 entfernt wird, wodurch nur das Mikrostrukturmaterial 1 mit dem darauf eingeprägten konkav/konvexen Muster der Form 15 erhalten wird.
(5) Beispiel
Als Nächstes wurden, wie in 11A, 11C, 11E und 11G gezeigt, mehrere lineare Nuten 27 auf jedem Substrat 26 ausgebildet. Insbesondere wurden vier Arten von Formen hergestellt, wobei Nuten 27 von unterschiedlichen Breiten auf den Substraten 26 ausgebildet waren, wobei solche Formen die Formen 25a, 25b, 25c und 25d sind und einzeln verwendet werden, um Mikrostrukturmaterialien herzustellen.
Gemäß einem Verfahren zur Herstellung der Mikrostrukturmaterialien in diesem Fall wurde die PTFE-Dispersionsflüssigkeit (XAD-912 von Asahi Glass Fluoropolymers) zuerst auf konkav/konvexe gemusterte Flächen der Formen 25a, 25b, 25c und 25d aufgetragen, um auf ihnen Musterbildungsschichten durch Spin-Coating auszubilden, wobei solche konkav/konvexe gemusterte Flächen von den Nuten 27 gebildet wurden. Die Musterbildungsschichten wurden dann bei einer Temperatur von 350°C unter einer Stickstoffatmosphäre 10 Minuten lang erhitzt, um einen Emulgator in der PTFE-Dispersionsflüssigkeit zu verdampfen und das PTFE zu schmelzen. Derartige Musterbildungsschichten wurden weiterhin bei einer Temperatur von 320°C mit einem Elektronenstrahl mit einer Beschleunigungsspannung von 200 kV und einem Bestrahlungsstrom von 1 mA bestrahlt. Auf diese Weise wurde bewirkt, dass die Musterbildungsschichten gehärtet wurden, um Prägeabschnitte auszubilden, wodurch erlaubt wurde, die Mikrostrukturmaterialien auf den Oberflächen der Formen 25a, 25b, 25c und 25d auszubilden.
Die Mikrostrukturmaterialien wurden anschließend jeweils aus den Formen 25a, 25b, 25c und 25d entfernt, gefolgt durch die Betrachtung solcher Mikrostrukturmaterialien mit einem Abtast- bzw. Rasterelektronenmikroskop (REM). Im Ergebnis wurden ein in 11B gezeigtes Mikrostrukturmaterial 21a, ein in 11D gezeigtes Mikrostrukturmaterial 21b, ein in 11F gezeigtes Mikrostrukturmaterial 21c und ein in 11H gezeigtes Mikrostrukturmaterial 21d erhalten, wobei solche Mikrostrukturmaterialien 21a bis 21d unter Verwendung der in 11A gezeigten Form 25a bzw. der in 11C gezeigten Form 25b bzw. der in 11E gezeigten Form 25c bzw. der in 11G gezeigten Form 25d hergestellt wurden.
Diese Ergebnisse zeigten an, dass bei jedem der Mikrostrukturmaterialien 21a, 21b, 21c und 21d auf einem Prägeabschnitt 23 ein konvexer Abschnitt 22, dessen Breite derjenigen der Nut 27 von jeder der Formen 25a, 25b, 25c und 25d entspricht, ausgebildet war und dass die feinen konkav/konvexen Muster der Formen 25a, 25b, 25c und 25d präzise dupliziert und auf allen Mikrostrukturmaterialien 21a, 21b, 21c und 21d eingeprägt worden waren.
Weiterhin wurden, als weitere Beispiele und wie in 12A, 12C und 12E gezeigt, auf Substraten 36 Nuten 37 ausgebildet, die die umgekehrten „EB”-Formen in unterschiedlichen Größen aufwiesen. Insbesondere wurden drei Arten von auf den Substraten 36 ausgebildeten Formen mit den buchstabengeformten Nuten 37 in unterschiedlichen Größen hergestellt, wobei solche Formen die Formen 35a, 35b und 35c waren und einzeln zur Herstellung von Mikrostrukturmaterialien verwendet wurden.
Tatsächlich ist ein Herstellungsverfahren der Mikrostrukturmaterialien in diesem Fall ähnlich demjenigen des vorgenannten Beispiels. insbesondere wurde die PTFE-Dispersionsflüssigkeit, die identisch mit derjenigen war, die im vorgenannten Beispiel eingesetzt wurde, zuerst auf konkav/konvexen gemusterten Oberflächen der Formen 35a, 35b und 35c eingesetzt, um darauf Musterbildungsschichten durch Spin-Coating auszubilden, wobei solche konkav/konvex gemusterten Oberflächen von den Nuten 37 gebildet wurden. Die Musterbildungsschichten wurden dann 10 Minuten lang unter einer Stickstoffatmosphäre auf die Temperatur von 350°C erhitzt, um den Emulgator in der PTFE-Dispersionsflüssigkeit zu verdampfen und das PTFE zu schmelzen. Solche Musterbildungsschichten wurden weiterhin bei einer Temperatur von 320°C mit einem Elektronenstrahl mit einer Beschleunigungsspannung von 150 kV und dem Bestrahlungsstrom von 1 mA bestrahlt.
Auf diese Weise wurde bewirkt, dass die Musterbildungsschichten gehärtet wurden, um Prägeabschnitte auszubilden, wodurch erlaubt wurde, die Mikrostrukturmaterialien auf den Oberflächen der Formen 35a, 35b und 35c auszubilden. Die Mikrostrukturmaterialien wurden anschließend jeweils aus den Formen 35a, 35b und 35c entfernt, gefolgt durch die Betrachtung solcher Mikrostrukturmaterialien mit dem Abtast- bzw. Rasterelektronenmikroskop. Im Ergebnis wurden ein in 12B gezeigtes Mikrostrukturmaterial 31a, ein in 12D gezeigtes Mikrostrukturmaterial 31b und ein in 12F gezeigtes Mikrostrukturmaterial 31c erhalten, wobei solche Mikrostrukturmaterialien 31a, 31b und 31c unter Verwendung der in 12A gezeigten Form 35a bzw. der in 12C gezeigten Form 35b bzw. der in 12E gezeigten Form 35c hergestellt wurden. Diese Ergebnisse gaben an, dass in jedem der Mikrostrukturmaterialien 31a, 31b und 312c auf einem Prägeabschnitt 33 ein konvexer Abschnitt 32 ausgebildet worden war, dessen Größe derjenigen der buchstabengeformten Nut 37 von einer jeden der Formen 35a, 35b und 35c entspricht und dass die feinen konkav/konvexen Muster der Formen 35a, 35b und 35c präzise dupliziert und auf alle Mikrostrukturmaterialien 31a, 31b und 31c eingeprägt worden waren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2000-194142 [0002]

Claims

Mikrostrukturmaterial mit: einem Prägeabschnitt mit einem konkav/konvexen Muster einer Form, das durch Härten einer von der Form verformten Musterbildungsschicht auf ihn eingeprägt ist, wobei der Prägeabschnitt durch Bestrahlen eines Ionisierungsstrahlungs-Härtungsmaterials mit einer ionisierenden Strahlung gehärtet wird.
Mikrostrukturmaterial nach Anspruch 1, wobei der Prägeabschnitt zumindest eine vernetzte Struktur oder ein Polymer umfasst, welche ausgebildet werden, indem erlaubt wird, dass entweder eine Vernetzungsreaktion oder eine Polymerisationsreaktion oder beide in dem Ionisierungsstrahlungs-Härtungsmaterial stattfinden.
Mikrostrukturmaterial nach Anspruch 1, wobei das Ionisierungsstrahlungs-Härtungsmaterial umfasst: ein Polymer, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Polytetrafluorethylen, Poly-(ε-caprolacton), Polylactid, Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Polycarbosilan, Polysilan, Polymethylmethacrylat, Epoxyharz und Polyimid; ein modifiziertes Polymer des jeweiligen Polymers; ein Copolymer des jeweiligen Polymers; oder ein Gemisch aus zumindest zwei des jeweiligen Polymers, modifizierten Polymers und Copolymers.
Mikrostrukturmaterial nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die ionisierende Strahlung entweder irgendeiner von einem Elektronenstrahl, einem Röntgenstrahl, einem Gammastrahl, einem Neutronenstrahl und einer Hochenergie-Ionenstrahlung oder eine gemischte Strahlung von diesen ist.
Herstellungsverfahren eines Mikrostrukturmaterials, mit: einem Ausbildungsschritt zum Ausbilden einer Musterbildungsschicht, die ein Ionisierungsstrahlungs-Härtungsmaterial auf der Oberfläche einer Form enthält, auf der ein konkav/konvexes Muster ausgebildet ist; und einem weiteren Ausbildungsschritt zum Ausbilden eines Mikrostrukturmaterials mit dem konkav/konvexen Muster der auf einem Prägeabschnitt eingeprägten Form, wobei der Prägeabschnitt durch Härten der Musterbildungsschicht durch Bestrahlung mit einer ionisierenden Strahlung ausgebildet wird.
Herstellungsverfahren des Mikrostrukturmaterials nach Anspruch 5, wobei der weitere Ausbildungsschritt erlaubt, dass zumindest eine Vernetzungsreaktion oder eine Polymerisationsreaktion in dem Ionisierungsstrahlungs-Härtungsmaterial stattfindet, das mit der ionisierenden Strahlung bestrahlt wird, wodurch die Musterbildungsschicht gehärtet wird.
Herstellungsverfahren des Mikrostrukturmaterials nach Anspruch 5, wobei das Ionisierungsstrahlungs-Härtungsmaterial umfasst: ein Polymer, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Polytetrafluorethylen, Poly-(ε-caprolacton), Polylactid, Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Polycarbosilan, Polysilan, Polymethylmethacrylat, Epoxyharz und Polyimid; ein modifiziertes Polymer des jeweiligen Polymers; ein Copolymer des jeweiligen Polymers; oder ein Gemisch aus zumindest zwei des jeweiligen Polymers, modifizierten Polymers und Copolymers.
Herstellungsverfahren des Mikrostrukturmaterials nach irgendeinem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die ionisierende Strahlung entweder irgendeiner von einem Elektronenstrahl, einem Röntgenstrahl, einem Gammastrahl, einem Neutronenstrahl und einer Hochenergie-Ionenstrahlung oder eine gemischte Strahlung von diesen ist.