ES2341610T3 - Formacion de laminas delgadas usando un soporte poroso. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para formar una lámina delgada en un sustrato que comprende: proporcionar un sustrato en una cámara; formar una lámina de óxido en el sustrato en la cámara; insertar un material compuesto que comprende un soporte poroso y un material anfifílico de silsesquioxano poliédrico oligomérico en la cámara, en donde el soporte poroso comprende un metal y comprende poros de un tamaño de poros promedio alrededor de 1 micrómetro a alrededor de 1000 micrómetros; ajustar en la cámara al menos una temperatura del material compuesto de alrededor de 50 a alrededor de 300ºC y una presión de alrededor de 0.000001 a alrededor de 760 torr para inducir una vaporización del material anfifílico de silsesquioxano poliédrico oligomérico; y recuperar el sustrato con la lámina delgada encima, en dónde el silsesquioxano poliédrico oligomérico tiene la fórmula: **(Ver fórmula)** donde R es un alquilo, hidrocarburo aromático, fluoroalquilo, éter alquilo, éter fluoroalquilo, que contiene de 1 a 30 átomos de carbono; x es de 1 a 4; y es de 1 a 4, y n es de 1 a 500.
Description
Formación de láminas delgadas usando un soporte
poroso.
La presente invención se refiere en general a un
método para formar láminas delgadas. En particular, la presente
invención se refiere a la formación de una lámina delgada de alta
calidad en un sustrato usando un soporte poroso.
Se usan moléculas polimerizables anfifílicas y
silanos alkílicos hidrolizables para formar láminas delgadas sobre
diversos superficies. Láminas delgadas tienen aplicaciones útiles
nombrables y diversos. Por ejemplo, se puede formar una lámina
delgada en una lente para resistencia a arañazos o en un metal para
protección de corrosión.
Es difícil de formar una lámina delgada
directamente en una lente, por esto al principio una capa de dióxido
de silicio es formada en un ambiente anhídrico en una primera
cámara. La lente cubierta de sílice es transportada entonces a una
segunda cámara para depositar la lámina de moléculas anfifilas.
Durante el transporte la lente cubierta de sílice está expuesta a
vapor de agua en el aire que hidroliza la superficie y permite una
siguiente adhesión fuerte entre las moléculas anfifílicas y la
lente. Formar la lámina delgada anfifílica en la misma cámara como
la capa de sílice lleva a la corrosión del interior de la cámara,
esta contaminación de la cámara impidiendo el uso repetitivo de la
cámara para este proceso de dos pasos sin una limpieza minuciosa, y
a una formación indeseable de una lámina sucia difícil de limpiar
en el interior de la cámara. No obstante, el requisito de dos
cámaras puede ser incómodo en unos
casos.
casos.
Al formar una lámina delgada en un sustrato un
material laminante es típicamente disuelto en un disolvente. La
mezcla de disolvente/material laminante es entonces puesta en
contacto con un sustrato. Un problema con la formación de una
lámina por esta manera es que el disolvente típicamente es tóxico y
puede ser peligroso por siendo inflamable. En otras palabras, el
uso de disolventes que pueden disolver materiales laminantes puede
causar indeseadamente serias preocupaciones por la salud y el
ambiente. La eliminación de los disolventes es un serio problema
ambiental, especialmente en el caso de disolventes a base de
petróleo y organohalogenados.
De más, el uso de tales disolventes lleva a la
producción de gas clorhídrico como subproducto que crea
adicionalmente serios problemas de salud, menos que un absorbente
neutralizante sea usado y apropiadamente eliminado según los
reglamentos EPA y OSHA. Uso y eliminación apropiada es muy difícil
en un ambiente de trabajo, especialmente porque un operador tiene
que mantener registro de tal uso. Por ende, cada operador y
laboratorio puede requerir monitores de gases tóxicos o emplear
máscaras de vapor que son incómodas para el operador.
Un desarrollo recién en el campo de la formación
de láminas delgadas es el el uso de una ampolla para entregar el
material laminante a un sustrato. Usando un proceso de recubrimiento
en fase de vapor se pone una ampolla conteniendo el material
laminante en una cámara de vacío junto con el sustrato. Después de
la formación de un vacío la ampolla se rompe y libera el material
laminante que vaporiza y pasa a formar una lámina en el sustrato.
La ampolla es un vehículo fácil de manejar y cómodo para cargar la
cámara con un material laminante. Sin embargo, existen varios
problemas con el uso de una ampolla en esta manera.
En primer lugar, cuando la ampolla se rompe y
libera el material laminante el vidrio roto puede dañar el sustrato.
A causa de diferencias en la presión entre el interior de la
ampolla y la cámara de vacío la ampolla se rompe con una fuerza no
deseada lanzando piezas de vidrio a lo largo de la cámara. Un
problema pariente es que el material laminante indeseadamente forma
entonces una lámina sobre las piezas de vidrio roto adicionalmente
al sustrato, así reduciendo la cantidad de material laminante
destinado para el sustrato.
En segundo lugar, cuando la ampolla se rompe con
mucha fuerza el material laminante tiene la tendencia de chorrear lo
que lleva a una lámina non- uniforme en el sustrato. La
imposibilidad de controlar la liberación del material laminante crea
la necesidad para inspectar y limpiar frecuentemente los sustratos
laminados.
La invención se refiere a un procedimiento de
formar una lámina delgada en un sustrato que comprende:
- proporcionar un sustrato en una cámara;
- formar una lámina de óxido en el sustrato en la cámara;
- insertar un material compuesto que comprende un soporte poroso y un material anfifílico de silsesquioxano poliédrico oligomérico en la cámara, en donde el soporte poroso comprende un metal y comprende poros de un tamaño de poros promedio alrededor de 1 micrómetro a alrededor de 1000 micrómetros;
\newpage
- ajustar en la cámara al menos una temperatura del material compuesto de alrededor de 50 a alrededor de 300ºC y una presión de alrededor de 0.000001 a alrededor de 760 torr para inducir una vaporización del material anfifílico de silsesquioxano poliédrico oligomérico; y
- recuperar el sustrato con la lámina delgada encima, en dónde el silsesquioxano poliédrico oligomérico tiene la fórmula:
- donde R es un alquilo, hidrocarburo aromático, fluoroalquilo, éter alquilo, éter fluoroalquilo, que contiene de 1 a 30 átomos de carbono; x es de 1 a 4; y es de 1 a 4, y n es de 1 a 500.
\vskip1.000000\baselineskip
Ya que se usa el soporte poroso para entregar el
material anfifílico a la cámara el daño a los sustratos es mitigado
mientras la distribución uniforme del vapor de material anfifílico
es facilitado. Además el soporte poroso mitiga el salpicar ya que
el material anfifílico está vaporizado. Menos salpicar lleva a menos
desecho.
Como resultado la lámina delgada formada en el
sustrato usando el material compuesto de un soporte poroso
impregnado con las moléculas anfifílicas es de naturaleza continua.
Agujeritos y otros defectos laminares frecuentemente observados en
láminas delgadas producidas convencionalmente están minimizados y/o
eliminados.
Al usar el material poliédrico oligomérico
silsesquioxano anfifílico no es necesario de exponer el sustrato a
vapor de agua en el caso que se usa una laminación con sílice (u
otro tipo de laminación con óxido de metal) para mejorar la
adhesión. Como resultado la formación de sílice y de la lámina
delgada anfifílica puede ser realizada en una sola cámara, así
simplificando el proceso.
Figura 1 es una ilustración de un material
compuesto para formar láminas delgadas.
Figura 2 es una ilustración de un material
compuesto para formar láminas delgadas.
Figura 3 es una ilustración de un material
compuesto para formar láminas delgadas.
Figura 4 es una vista esquemática de un sistema
para formar láminas delgadas.
Usando un material compuesto conteniendo un
soporte poroso y un material anfifílico láminas delgadas uniformes
y continuadas pueden ser formadas con eficiencia en sustratos sin
dañar los sustratos. El soporte poroso, similar a una esponja
metálica en unos casos, constituye un vehículo ventajoso para
facilitar la deposición vapórica de una lámina delgada hecha de un
material anfifílico.
Moléculas anfifílicas tienen la capacidad
intrínseca de auto-ensamblaje y/o de
auto-polimerización en una lámina delgada.
Típicamente las moléculas anfifílicas tienen grupos cabeceros y
caudales (los caudales son grupos non-reactivos
no-polares y los cabeceros son grupos reactivos
polares). Las moléculas anfifílicas contienen en general moléculas
anfifílicas polimerizables, silanos alquilos hidrolizables, silanos
perhaloalquilos hidrolizables, clorosilanos, polisiloxanos,
silazanos alquilos, silazanos perfluoroalquilos, disilazanos y
silsesquioxanos.
El grupo o grupo funcional del anfifílico puede
ser un ácido carboxílico, alcohol, tiol, amina primaria, secundaria
y terciaria, cianuro, derivado de silano, fosfonato, sulfonato y
semejantes. El grupo o grupo funcional no-polar
incluye sobre todo grupos alquilos, grupos perfluoroalquilos, grupos
éter alquilos y grupos éter perfluoroalquilos. Estos grupos
no-polares pueden incluir anillos aromáticos de
diacetileno, vinilo insaturados o fusionados lineales o
ramificados.
Las moléculas anfifílicas pueden consistir de un
grupo de compuestos como representado por la Fórmula I:
donde cada R individualmente es un
alquilo, fluoroalquilo, éter alquilo o éter fluoroalquilo,
conteniendo de alrededor de 1 a alrededor de 30 átomos de carbono,
silano sustituido o siloxano; cada Z es individualmente uno de
halógenos, hidroxilo, alcoxi y acetiloxi; y m es de alrededor 1 a
alrededor 3, n es de alrededor 1 a alrededor 3, y m + n igualan a
4. En otra realización R es un alquilo, fluoroalquilo, éter alquilo
o éter fluoroalquilo, conteniendo de alrededor de 6 a alrededor de
20 átomos de carbono. El grupo alquilo puede encerrar los anillos
aromáticos de diacetileno, vinilo insaturados, o fusionados lineales
o
ramificados.
\vskip1.000000\baselineskip
Otro grupo posible de moléculas anfifílicas
puede ser representado por la Fórmula II:
donde R es un alquilo,
fluoroalquilo, éter alquilo o éter fluoroalquilo, conteniendo de
alrededor de 1 a alrededor de 30 átomos de carbono; S es azufre; H
es hidrógeno; m es de alrededor 1 a alrededor 2, n es de 0 a 1. En
otra realización R es un alquilo, fluoroalquilo, éter alquilo o éter
fluoroalquilo, conteniendo de alrededor de 6 a alrededor de 20
átomos de carbono. El grupo alquilo puede encerrar grupos aromáticos
de diacetileno, vinilo, aromáticos singulares, o fusionados lineales
o
ramificados.
\vskip1.000000\baselineskip
Los siguientes grupos de moléculas anfifílicas
teniendo también calidades laminantes pueden ser representados por
RY, donde R es un alquilo, fluoroalquilo, éter alquilo o éter
fluoroalquilo, conteniendo de alrededor de 1 a alrededor de 30
átomos de carbono y Y es uno de los siguientes grupos funcionales:
-COOH, -SO_{3}H, -PO_{3}, -OH y -NH_{2}. En otra realización
R es un alquilo, fluoroalquilo, éter alquilo o éter fluoroalquilo,
conteniendo de alrededor de 6 a alrededor de 20 átomos de carbono.
La cadena alquilo puede encerrar grupos aromáticos de diacetileno,
vinilo insaturados, aromáticos singulares, o fusionados lineales o
ramificados.
Moléculas anfifílicas adicionales pueden incluir
una o m'\betaas de las siguientes Fórmulas (III) y (IV):
Otro grupo de moléculas anfifílicas laminantes
puede ser un disilazano representado por la Fórmula V:
donde R es un alquilo,
fluoroalquilo, éter alquilo o éter fluoroalquilo, conteniendo de
alrededor de 1 a alrededor de 30 átomos de carbono. En otra
realización R es un alquilo, fluoroalquilo, éter alquilo o éter
fluoroalquilo, conteniendo de alrededor de 6 a alrededor de 20
átomos de
carbono.
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Un grupo adicional de moléculas anfifílicas
puede ser representado por la Fórmula VI:
donde R es un alquilo,
fluoroalquilo, éter alquilo o éter fluoroalquilo, conteniendo de
alrededor de 1 a alrededor de 30 átomos de carbono, q es de
alrededor 1 a alrededor 10, y x y y son independientes de alrededor
de 1 a alrededor de
4.
\vskip1.000000\baselineskip
Se pueden formar otras moléculas anfifílicas por
polimerización de un compuesto conteniendo silicio, como
ortosilicato tetraetílico (TEOS), tetrametoxisilano y/o
tetraetoxisilano.
Moléculas anfifílicas (y en unos casos
composiciones conteniendo moléculas anfifílicas) están descritos en
los patentes US 6,238,781; 6,206,191; 6,183,872; 6,171,652;
6,166,855 (capa superpuesta); 5,897,918; 5,851,674; 5,822,170;
5,800,918; 5,776,603; 5,766,698; 5,759,618; 5,645,939; 5,552,476; y
5,081,192; Hoffman et al., y "Vapor Phase
Self-Assembly of Fluorinated Monolayers on Silicon
and German Oxide", Langmuir 13, 1877-1880, 1997.
Por ejemplo, patente US 5,853,800 se refiere a un material para y un
procedimiento de preparar capas hidrófugas en sustratos ópticos por
recubrimiento por evaporización térmica con silanos
perfluoroalquilos y siloxanos perfluoroalquilos en alto vacío. Por
la presente se incorporan los documentos mencionados por referencia
en cuanto a sus lecciones en materiales anfifílicos.
Ejemplos específicos de moléculas anfifílicas y
compuestos que pueden ser hidrolizados a materiales anfifílicos
incluyen triclorosilano octadecílico, triclorosilano octílico,
triclorosilano
heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahidrodecílico
adquirible de Shin Etsu bajo la denominación comercial
KA-7803; trimetoxisilano hexadecílico adquirible de
Degussa bajo la denominación comercial Dynasylan 9116;
trietoxisilano tridecafluorooctílico adquirible de Degussa bajo la
denominación comercial Dynasylan F 8261; trimetoxisilano metílico
adquirible de Degussa bajo la denominación comercial Dynasylan
MTMS; trietoxisilano metílico adquirible de Degussa bajo la
denominación comercial Dynasylan MTES; trimetoxisilano propílico
adquirible de Degussa bajo la denominación comercial Dynasylan
PTMO; trietoxisilano propílico adquirible de Degussa bajo la
denominación comercial Dynasylan PTEO; trimetoxisilano butílico
adquirible de Degussa bajo la denominación comercial Dynasylan
IBTMO; trietoxisilano butílico adquirible de Degussa bajo la
denominación comercial Dynasylan BTEO; trietoxisilano octílico
adquirible de Degussa bajo la denominación comercial Dynasylan
OCTEO; silano fluoroalquilo en etanol adquirible de Degussa bajo la
denominación comercial Dynasylan 8262; silano fluoroalquilo
formulación en alcohol isopropílico adquirible de Degussa bajo la
denominación comercial Dynasylan F 8263; silano fluoroalquilo
modificado adquirible de Degussa bajo la denominación comercial
Dynasylan® F 8800; y un silano fluoroalquilo modificado a base de
agua adquirible de Degussa bajo la denominación comercial Dynasylan
F 8810. Ejemplos adicionales de moléculas anfifílicas y compuestos
que pueden ser hidrolizados a materiales anfifílicos incluyen
compuestos fluorocarbonos y sus hidrolisatos bajo la denominación
comercial Optool DSX adquirible de Daikin Industries, Ltd.; silanos
bajo las denominaciones KA-1003 (triclorosilano de
vinilo), KBM-1003 (trimetoxisilano de vinilo),
KBE-1003 (trietoxisilano de vinilo),
KBM-703 (trimetoxisilano cloropropílico),
X-12-817H,
X-71-101,
X-24-7890, KP801M,
KA-12 (diclorosilano metílico),
KA-13 (triclorosilano metílico),
KA-22 (diclorosilano dimetílico),
KA-31 (clorosilano trimetílico),
KA-103 (triclorosilano fenílico),
KA-202 (diclorosilano difenílico),
KA-7103 (triclorosilano trifluoropropílico),
KBM-13 (trimetoxisilano metílico),
KBM-22 (dimetoxisilano dimetílico),
KBM-103 (trimetoxisilano fenílico),
KBM-202SS (dimetoxisilano difenílico),
KBE-13 (trietoxisilano metílico),
KBE-22 (dietoxisilano dimetílico),
KBE-103 (trietoxisilano fenílico),
KBE-202 (dietoxisilano difenílico),
KBM-3063 (trimetoxisilano hexílico),
KBE-3063 (trietoxisilano hexílico),
KBM-3103 (trimetoxisilano decílico),
KBM-7103 (trimetoxisilano trifluoropropílico),
KBM-7803 (trimetoxisilano heptadecafluoro-
1,1,2,2-tetrahidrodecílico) y
KBE-7803 (trietoxisilano
heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahidrodecílico)
adquirible de Shin Etsu.
Ejemplos específicos adicionales de materiales
anfifílicos incluyen
C_{9}F_{19}C_{2}H_{4}Si(OCH_{3})_{3};
(CH_{3}O)_{3}SiC_{2}H_{4}C_{6}F_{12}
C_{2}H_{4}Si(OCH_{3})_{3}; C_{9}F_{19}C_{2}H_{4}Si(NCO)_{3}; (OCN)_{3}SiC_{2}H_{4}Si(NCO)_{3}; Si(NCO)_{4}; Si(OCH_{3})_{4}; CH_{3}Si(OCH_{3})_{3}; CH_{3}
Si(NCO)_{3}; C_{8}H_{17}Si(NCO)_{3}; (CH_{3})_{2}Si(NCO)_{2}; C_{8}F_{17}CH_{2}CH_{2}Si(NCO)_{3}; (OCN)_{3}SiC_{2}H_{4}C_{6}F_{12}C_{2}H_{4}Si(NCO)_{3};
(CH_{3})_{3}SiO-[Si(CH_{3})_{2}-O-]n-Si(CH_{3})_{3} (viscosidad de 50 centistokes); (CH_{3}O)_{2}(CH_{3})SiC_{2}H_{4}C_{6}F_{12}C_{2}H_{4}Si(CH_{3})
(OCH_{3})_{2}; C_{8}F_{17}CH_{2}CH_{2}Si(OCH_{3})_{3}; polisiloxano dimetílico con una viscosidad de 42 centistokes y con grupos hidroxílicos en los dos cabos (KF6001, producido por Shin Etsu); y polisiloxano dimetílico modificado con una viscosidad de 50 centistokes y con grupos carboxílicos (X-22-3710, producido por Shin Etsu).
C_{2}H_{4}Si(OCH_{3})_{3}; C_{9}F_{19}C_{2}H_{4}Si(NCO)_{3}; (OCN)_{3}SiC_{2}H_{4}Si(NCO)_{3}; Si(NCO)_{4}; Si(OCH_{3})_{4}; CH_{3}Si(OCH_{3})_{3}; CH_{3}
Si(NCO)_{3}; C_{8}H_{17}Si(NCO)_{3}; (CH_{3})_{2}Si(NCO)_{2}; C_{8}F_{17}CH_{2}CH_{2}Si(NCO)_{3}; (OCN)_{3}SiC_{2}H_{4}C_{6}F_{12}C_{2}H_{4}Si(NCO)_{3};
(CH_{3})_{3}SiO-[Si(CH_{3})_{2}-O-]n-Si(CH_{3})_{3} (viscosidad de 50 centistokes); (CH_{3}O)_{2}(CH_{3})SiC_{2}H_{4}C_{6}F_{12}C_{2}H_{4}Si(CH_{3})
(OCH_{3})_{2}; C_{8}F_{17}CH_{2}CH_{2}Si(OCH_{3})_{3}; polisiloxano dimetílico con una viscosidad de 42 centistokes y con grupos hidroxílicos en los dos cabos (KF6001, producido por Shin Etsu); y polisiloxano dimetílico modificado con una viscosidad de 50 centistokes y con grupos carboxílicos (X-22-3710, producido por Shin Etsu).
En ejemplos adicionales el material anfifílico
puede encerrar una unidad repetitiva de un poliorganosiloxano
introducido en un fluoropolimero. Se puede obtener el fluoropolimero
con la unidad repetitiva de un poliorganosiloxano por una reacción
de polimerización de un fluromonomero y un poliorganosiloxano con un
grupo reactivo como grupo terminal. El grupo reactivo se forma por
enlace químico de un monómero etilénico insaturado (p. ej. ácido
acrílico, un éster del mismo, ácido metacrílico, un éster del mismo,
éter vinílico, estireno, un derivato del mismo) con el cabo de un
poliorganosiloxano.
Se puede obtener el fluoropolimero por una
reacción de polimerización de un monómero etilénico insaturado
conteniendo un átomo de flúor (fluoromonomero). Ejemplos de
fluoromonomero incluyen fluoroolefinas (p. ej. fluoroetileno,
fluoruro de vinilideno, tetrafluoroetileno, hexafluoropropileno,
perfluoro-2,2-dimetil-1,3-diol),
ésteres fluoroalquilos de ácido acrílico o metacrílico y éteres
fluorovinílicos. Se pueden usar dos o más fluoromonomeros para
formar un copolímero.
Se puede usar también un copolímero de un
fluoromonomero y de otro monómero como material anfifílico. Ejemplos
por otros monómeros incluyen olefinas (p. ej. etileno, propileno,
isopreno, cloruro de vinilo, cloruro de vinilideno), ésteres
acrílicos (p. ej. acrilato metílico, acrilato etílico, acrilato
2-etilhexílico), ésteres metacrílicos (p. ej.
metacrilato metílico, metacrilato etílico, metacrilato butílico,
dimetacrilato etilenglicólico), estirenos (p. ej. estireno, tolueno
vinílico, estireno alfa-metílico), éteres vinílicos
(p. ej. éter vinílico metílico), ésteres vinílicos (acetato de
vinilo, propionato de vinilo, cinamato de vinilo), acrilamidas (p.
ej. acrilamida N-tert-butílica,
acrilamida N-ciclohexílica), metacrilamidas y
acrilonitrilos.
Moléculas anfifílicas incluyen además los
productos de hidrolización de unos de los compuestos descritos
arriba. En particular, el tratamiento de uno de los compuestos
descritos arriba con un ácido o una base rinde materiales
anfifílicos idealmente apropiados para formar una lámina delgada en
sustratos.
Moléculas anfifílicas incluyen específicamente
silsesquioxano poliédrico oligomérico (POSS). Tales compuestos
están descritos en los patentes US 6,340,734; 6,284,908; 6,057,042;
5,691,396; 5,589,562; 5,422,223; 5,412,053; J. Am. Chem. Soc. 1992,
114, 6701-6710; J. Am. Chem. Soc. 1990, 112,
1931-1936; Chem. Rev. 1995, 95,
1409-1430; y Langmuir, 1994, 10, 4367. Por ejemplo,
el patente europeo EP 0 659 904 se refiere al uso del silsesquioxano
de hidrógeno vaporizado para depositar una capa a través de
introducir el vapor del silsesquioxano de hidrógeno en una cámara
de deposición conteniendo el sustrato a recubrir y de inducir
entonces la reacción del vapor para formar la capa. Por la presente
se incorporan los documentos mencionados por referencia. Los
oligómeros/polímeros POSS contienen grupos hidroxílicos reactivos.
Además los oligómeros/polímeros POSS tienen una estructura de
silicio-oxígeno relativamente rígida, termicamente
estable que tiene una relación de oxígeno a silicio de alrededor de
1.5. Estos compuestos pueden ser considerados como de carácter
intermediario entre siloxanos y sílice. La estructura inorgánica en
cambio está cubierta de una lámina exterior de
hidrocarbono/fluorocarbono que permite la solubilización y
derivatización de estos sistemas que otorga cualidades
hidrofóbicas/oleofóbicas a la superficie del sustrato en una manera
similar como los triclorosilanos alquilos.
El polímero POSS usado en la presente invención
encierra un compuesto representado por la Fórmula (VII):
donde R es un alquilo,
fluoroalquilo, éter alquilo o éter fluoroalquilo, conteniendo de
alrededor de 1 a alrededor de 30 átomos de carbono; x es de
alrededor 1 a alrededor 4; y es de alrededor 1 a alrededor 4, y n es
de 1 a alrededor 500. En otra realización R es un alquilo,
hidrocarburo aromático, fluoroalquilo, éter alquilo, éter
fluoroalquilo, conteniendo de alrededor de 6 a alrededor de 20
átomos de carbono; x es de alrededor 1 a alrededor 3; y y es de
alrededor 1 a alrededor 3. Un tal compuesto se produce por manera de
remover RSiX_{3}, como por ejemplo un trihalosilano alquilo, en
agua y permitir su hidrolización, usando un ácido o una base (como
HCl o hidróxido de amonio, respectivamente) para hidrolizar más el
primer producto de
hidrolización.
\vskip1.000000\baselineskip
Los polímeros POSS usados en la presente
invención incluyen poly(silsesquioxano
p-hidroxibenzóico) (PHBS);
poly(silsesquioxano
p-hidroxibenzóico-co-silsesquioxano
metoxibenzóico) (PHB/MBS); poly(silsesquioxano
p-hidroxibenzóico-co-silsesquioxano
t-butílico) (PHB/BS); poly(silsesquioxano
p-hidroxibenzóico-co-silsesquioxano
ciclohexílico (PHB/CHS); poly(silsesquioxano
p-hidroxibenzóico-co-silsesquioxano
fenílico) (PHB/PS); poly(silsesquioxano
p-hidroxibenzóico-co-silsesquioxano
bicicloheptílico) (PHB/BHS); poly(silsesquioxano
p-hidroxifeniletílico) (PHPES);
poly(silsesquioxano
p-hidroxifeniletílico-co-silsesquioxano
p-hidroxi-\alpha-metilbenzóico)
(PHPE/
HMBS); poly(silsesquioxano p-hidroxifeniletílico-co-silsesquioxano metoxibenzóico) (PHPE/MBS); poly(silsesquioxano p-hidroxifeniletílico-co-silsesquioxano t-butílico) (PHPE/BS); poly(silsesquioxano p-hidroxifeniletílico-co-silsesquioxano ciclohexílico (PHPE/CHS); poly(silsesquioxano p-hidroxifeniletílico-co-silsesquioxano fenílico) (PHPE/PS); poly(silsesquioxano p-hidroxifeniletílico-co-silsesquioxano bicicloheptílico) (PHPE/BHS); poly(silsesquioxano p-hidroxi-\alpha-metilbenzóico) (PHMBS); poly(silsesquioxano p-hidroxi-\alpha-metilbenzóico-co-silsesquioxano p-hidroxibenzóico) (PHMB/HBS); poly(silsesquioxano p-hidroxi-\alpha-metilbenzóico-co-silsesquioxano metoxibenzóico)
(PHMB/MBS); poly(silsesquioxano p-hidroxi-\alpha-metilbenzóico-co-silsesquioxano t-butílico) (PHMB/BS); poly(silsesquioxano p-hidroxi-\alpha-metilbenzóico-co-silsesquioxano ciclohexílico (PHMB/CHS); poly(silsesquioxano p-hidroxi-\alpha-metilbenzóico-co-silsesquioxano fenílico) (PHMB/PS); poly(silsesquioxano p-hidroxi-\alpha-metilbenzóico-co-silsesquioxano bicicloheptílico) (PHMB/BHS); y poly(silsesquioxano p-hidroxibenzóico-co-silsesquioxano p-hidroxifeniletílico (PHB/HPES).
HMBS); poly(silsesquioxano p-hidroxifeniletílico-co-silsesquioxano metoxibenzóico) (PHPE/MBS); poly(silsesquioxano p-hidroxifeniletílico-co-silsesquioxano t-butílico) (PHPE/BS); poly(silsesquioxano p-hidroxifeniletílico-co-silsesquioxano ciclohexílico (PHPE/CHS); poly(silsesquioxano p-hidroxifeniletílico-co-silsesquioxano fenílico) (PHPE/PS); poly(silsesquioxano p-hidroxifeniletílico-co-silsesquioxano bicicloheptílico) (PHPE/BHS); poly(silsesquioxano p-hidroxi-\alpha-metilbenzóico) (PHMBS); poly(silsesquioxano p-hidroxi-\alpha-metilbenzóico-co-silsesquioxano p-hidroxibenzóico) (PHMB/HBS); poly(silsesquioxano p-hidroxi-\alpha-metilbenzóico-co-silsesquioxano metoxibenzóico)
(PHMB/MBS); poly(silsesquioxano p-hidroxi-\alpha-metilbenzóico-co-silsesquioxano t-butílico) (PHMB/BS); poly(silsesquioxano p-hidroxi-\alpha-metilbenzóico-co-silsesquioxano ciclohexílico (PHMB/CHS); poly(silsesquioxano p-hidroxi-\alpha-metilbenzóico-co-silsesquioxano fenílico) (PHMB/PS); poly(silsesquioxano p-hidroxi-\alpha-metilbenzóico-co-silsesquioxano bicicloheptílico) (PHMB/BHS); y poly(silsesquioxano p-hidroxibenzóico-co-silsesquioxano p-hidroxifeniletílico (PHB/HPES).
Las moléculas anfifílicas están incorporadas en
y/o adentro de un soporte poroso para formar un material compuesto
que facilita el proceso laminante. Se puede almacenar el material
compuesto en un contenedor hermético o protegido de otra manera. El
soporte poroso puede actuar como o parecer a una esponja.
Para facilitar el cargo del soporte poroso con
moléculas anfifílicas las moléculas anfifílicas pueden ser
combinadas opcionalmente con un disolvente. O la mezcla de
disolvente y moléculas anfifílicas o las moléculas anfifílicas (sin
disolvente) entonces están puestas en contacto con el soporte poroso
por un tiempo suficiente para permitir que la mezcla/las moléculas
anfifílicas infiltren los poros. En este contexto el soporte poroso
puede ser sumergido en la mezcla/las moléculas anfifílicas o la
mezcla/las moléculas anfifílicas pueden ser pulverizadas o
derramadas sobre el soporte poroso. Como alternativa las moléculas
anfifílicas pueden ser derretidas y puestas en contacto con el
soporte poroso, las moléculas anfifílicas pueden ser combinadas con
un disolvente y entonces puestas en contacto con el soporte poroso,
o las moléculas anfifílicas pueden ser inyectadas en el soporte
poroso por medio de una jeringa. No obstante cuantas moléculas
anfifílicas sean incorporadas en el soporte poroso es deseable que
las moléculas anfifílicas están distribuidas sustancialmente
uniforme a través del soporte poroso.
Disolventes con los cuales las moléculas
anfifílicas pueden ser combinadas son en general disolventes
orgánicos no-polares. Tales disolventes típicamente
incluyen alcoholes como p. ej. isopropanol, alkanes como p. ej.
ciclohexano y ciclohexano metílico; hidrocarburos aromáticos como
p. ej. tolueno, trifluorotulueno; halosilanos alquilos,
ciclohexanos sustituidos de alquilo o fluoroalquilo; éteres;
líquidos perfluorinados como p. ej. perfluorohexanos; y otros
líquidos conteniendo hidrocarburos. Ejemplos por líquidos
perfluorinados incluyen aquellos bajo la denominación comercial
Fluorinert^{TM} y Novec^{TM} adquirible de 3M. Al combinar las
moléculas anfifílicas con uno o más disolventes se puede aplicar
opcionalmente calor para facilitar la formación de una mezcla
uniforme.
Se puede combinar un catalizador laminante y/o
un apagador con el material anfifílico o la mezcla de material
anfifílico y disolvente para facilitar el proceso laminante.
Catalizadores laminantes incluyen cloruros de metal como p. ej.
cloruro de zinc y cloruro de aluminio, y ácidos minerales, mientras
los apagadores incluyen polvo de zinc y aminas. Cada uno está
presente en el material anfifílico o en la mezcla de material
anfifílico y disolvente en una cantidad de alrededor de 0.01% a
alrededor de 1% de peso.
El soporte poroso impregnado con la mezcla de
material anfifílico y disolvente es tratado para remover el
disolvente o sustancialmente todo el disolvente por cualquier medio
conveniente. Por ejemplo, se puede usar evaporación o destilación
en vacío. Después de remover el disolvente, o en el caso que el
soporte poroso está impregnado con material anfifílico sin uso de
disolvente se aplica calor hasta que un peso constante esté
alcanzado. En este caso sirve calentar con una temperatura de
alrededor de 40 a alrededor de 100ºC. En la mayoría de los casos el
material anfifílico solidifica,
se vuelve semi-sólido, o se vuelve un líquido de baja viscosidad y está retenido en los poros del soporte poroso.
se vuelve semi-sólido, o se vuelve un líquido de baja viscosidad y está retenido en los poros del soporte poroso.
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El soporte poroso puede estar hecho de cada
material inerte para las moléculas anfifílicas, como p. ej. metales,
óxidos de metal y cerámicas. En una realización un metal está usado
como material para el soporte poroso. Por esto se puede referir al
soporte poroso como esponja de metal.
Ejemplos por materiales que pueden formar el
soporte poroso incluyen uno o más de alúmina, silicato de aluminio,
aluminio, latón, bronce, cromo, cobre, oro, hierro, magnesio,
níquel, paladio, platino, carbido de silicio, plata, acero
inoxidable, estaño, titanio, tungsteno, zinc, zirconio, Hastelloy®,
Kovar®, Invar, Money®, Inconel® y varias otras aleaciones.
Tales materiales en forma de polvo, gránulos y/o
fibra están comprimidos para generar el soporte poroso, o
comprimidos y sinterizados. Cada forma que resulta puede ser usada.
Formas del soporte poroso comprimido incluyen cilíndricas,
esféricas, ovales, tableta, disco, tapones, pelletes, cubos,
rectángulas, cónicas, de cada tamaño consistente con una aplicación
particular. En cuanto a las Figuras 1 a 3 varias formas/tamaños de
un soporte poroso están ilustradas. En cada figura un material
poroso 10 contiene poros 12 que contienen las moléculas
anfifílicas.
En una realización el soporte poroso contiene
poros de un tamaño de poros promedio de alrededor 1 micrómetro a
alrededor de 1000 micrómetros. En otra realización el soporte poroso
contiene poros de un tamaño de poros promedio de alrededor 5
micrómetros a alrededor de 500 micrómetros. Por ejemplo, el soporte
poroso contiene poros de un tamaño de poros promedio de alrededor
10 micrómetros a alrededor de 200 micrómetros. O el soporte poroso
contiene poros de un tamaño de poros promedio de alrededor 20
micrómetros a alrededor de 100 micrómetros. El tamaño de poros
puede ser controlado a través de ajustar el tamaño de los partículas
inicialmente comprimidos.
Ejemplos por un soporte poroso incluyen aquellos
bajo la denominación comercial Mott Porous Metal, adquirible de
Mott Corporation; aquellos bajo la denominación comercial
Kellundite, adquirible de Filtros Ltd.; y aquellos bajo las
denominaciones comerciales Metal Foam, Porous Metal Media y
Sinterflo® adquirible de Provair Advanced Materials Inc.
Soportes porosos son descritos en los patentes
siguientes. El patente europeo EP 0 842 711 se refiere a un
material poroso conteniendo un material laminante usado para
recubrir superficies de sustratos, y un procedimiento para formar
láminas como tal tratamiento de superficie. El material laminante
consiste de organosilanos, organosiloxanos, silicios orgánicos o
silanos perfluoroalquilos. Patente US 6,296,793 revela una
composición para preparar capas hidrófugas en sustratos ópticos,
comprendiendo un molde poroso y un compuesto de organosilicio
orgánico. Los compuestos de organosilicio consisten de silanos
polifluoroalquilos o siloxanos polifluoroalquilos. Por la presente
se incorporan los documentos mencionados por referencia.
En una realización el soporte poroso tiene una
porosidad tal que puede absorber de alrededor de 0.001 g a
alrededor de 5 g de material anfifílico por cm^{3} del soporte
poroso. Por ejemplo, el soporte poroso tiene una porosidad tal que
puede absorber de alrededor de 0.01 g a alrededor de 2 g de material
anfifílico por cm^{3} del soporte poroso. O el soporte poroso
tiene una porosidad tal que puede absorber de alrededor de 0.05 g a
alrededor de 1 g de material anfifílico por cm^{3} del soporte
poroso. En una realización de la presente invención el soporte
poroso tiene una porosidad tal que puede absorber de alrededor de
0.001 g a alrededor de 5 g de material anfifílico de silsesquioxano
poliédrico oligomérico por cm^{3} del soporte poroso. El material
anfifílico incluye las moléculas anfifílicas y el disolvente. En
otra realización el material anfifílico incluye las moléculas
anfifílicas en estas cantidades de poros sin disolvente.
Los procedimientos de la presente invención son
ventajosos para aplicar láminas delgadas en sustratos. Sustratos
incluyen aquellos con superficies porosas y
no-porosas como p. ej. vidrios, vidrio con un
recubrimiento antireflexivo como p. ej. el fluoruro de magnesio,
sílice (otros óxidos de metales), óxido de germanio, cerámicas,
porcelanas, fibra óptica, metales y materiales orgánicos incluyendo
plásticos termoestables como p. ej. policarbonato termoplásticos.
Ejemplos por materiales orgánicos adicionales incluyen polistireno y
sus polímeros mixtos, poliolefinas, en particular polietileno y
polipropileno, compuestos poliacrílicos, compuestos polivinílicos,
por ejemplo cloruro de polivinilo y acetato de polivinilo,
poliésteres y goma, y también filamentos hechos de viscosa y éteres
de celulosa, ésteres de celulosa, poliamidas, poliuretanos,
poliésteres, por ejemplo tereftalatos poliglicólicos, y
poliacrilonitrilo.
Vidrios incluyen particularmente lentes, como p.
ej. lentes de gafas, portaobjetos de miscroscopio, lentes
binoculares, lentes de microscopio, lentes de telescopio, lentes de
cámara, lentes de vídeo, pantallas de televisión, pantallas de
computadora, LCDs, espejos, prismas y semejantes. Los sustratos
pueden tener una lámina primaria de un material deseado para mejorar
la adhesión entre la superficie del sustrato y las moléculas
anfifílicas.
Al usar el soporte poroso de la presente
invención las moléculas anfifílicas son aplicadas como lámina
delgada en la superficie del sustrato usando cualquiera técnica para
formación de una lámina delgada. El soporte poroso contribuye a la
entrega eficiente de las moléculas anfifílicas a la superficie del
sustrato, al mismo tiempo minimizando o eliminado el daño al
sustrato y minimizando el desperdicio de las moléculas
anfifílicas.
Técnicas laminantes envuelven la exposición del
sustrato a las moléculas anfifílicas incorporadas en el soporte
poroso en una cámara o en un ambiente cerrado bajo al menos uno
entre presión reducida, irradiación elevada de temperatura y
corriente. De preferencia se usan presión reducida y/o temperaturas
elevadas. La presión reducida, la temperatura elevada, irradiación
y/o corriente impuesta induce la vaporización o sublimación de las
moléculas anfifílicas a la atmósfera de la cámara y el siguiente
auto-ensamblaje y/o
auto-polimerización en la superficie del sustrato
de una manera uniforme y continuada, así formando la lámina
delgada.
\global\parskip1.000000\baselineskip
En una realización el sustrato está expuesto a
las moléculas anfifílicas bajo una presión de alrededor de 0.000001
a alrededor de 760 torr. En otra realización el sustrato está
expuesto a las moléculas anfifílicas bajo una presión de alrededor
de 0.00001 a alrededor de 200 torr. Por ejemplo, el sustrato está
expuesto a las moléculas anfifílicas bajo una presión de alrededor
de 0.0001 a alrededor de 100 torr.
Se puede calentar el material compuesto/soporte
poroso a una temperatura de alrededor de 20 a alrededor de 400ºC, o
se puede calentar el material compuesto/soporte poroso a una
temperatura de alrededor de 40 a alrededor de 350ºC. En una
realización se puede calentar el material compuesto/soporte poroso a
una temperatura de alrededor de 50 a alrededor de 300ºC. Solamente
el material compuesto/soporte poroso necesita estar con la
temperatura descrita arriba para inducir la formación de una
lámina. El sustrato está con la misma o con una diferente
temperatura que el material compuesto/soporte poroso en la cámara.
El material compuesto/soporte poroso está con la misma o con una
diferente temperatura que la atmósfera de la cámara. El sustrato
está con la misma o con una diferente temperatura que la atmósfera
de la cámara. Por ejemplo, cada uno de sustrato, material compuesto
y atmósfera están a una temperatura de alrededor de 20 a alrededor
de 400ºC.
De ejemplo, la cantidad de material anfifílico
usada está de alrededor de 1 x 10^{-3} mmol/pies^{3} a
alrededor de 10 mmol/pies^{3} de volumen de cámara o la cantidad
de material anfifílico usada está de alrededor de 1 x 10^{-2}
mmol/pies^{3} a alrededor de 1 mmol/pies^{3} de volumen de
cámara.
El sustrato y el material anfifílico pueden
quedar en contacto de alrededor de 10 segundos a alrededor de 24
horas (bajo temperatura y presión especificadas) o el sustrato y el
material anfifílico pueden quedar en contacto de alrededor de 30
segundos a alrededor de 1 hora. Como alternativa, limitaciones
temporales pueden ser ignoradas mientras la espesura de la lámina
está monitorizada de manera que se puede terminar el proceso después
de que la espesura deseada esté alcanzada.
La velocidad de la formación de la lámina
depende en primer lugar de las identidades del material anfifílico,
de la identidad del soporte poroso y de las condiciones para la
formación de la lámina (temperatura, presión y semejantes). En una
realización la velocidad de la formación de la lámina está entre
alrededor de 0.001 nm/sec o más y 1 nm/sec o menos (nm en espesura
de lámina). En otros ejemplos la velocidad de la formación de la
lámina puede estar entre alrededor de 0.05 nm/sec o más y 0.5 nm/sec
o menos.
Ejemplos generales de técnicas de formación de
lámina incluyen deposición de vacío; recubrimiento al vacío;
revestimiento al vacío en una cabina, pulverización catódica,
deposición de vapor o deposición química de vapor (CVD) como p. ej.
deposición química de vapor a baja presión (LPCVD), deposición
química de vapor de reforzamiento plásmico (PECVD), deposición
química de vapor a alta temperatura (HTCVD); y pulverización
catódica. Tales técnicas están conocidas en el arte y no descritas
por brevedad.
Técnicas de deposición de vapor/deposición
química de vapor y procesos han sido revelados ampliamente en la
literatura, por ejemplo: Thin Solid Films, 1994, 252,
32-37; Vacuum technology by Ruth A. 3rd edition,
Elsevier Publication, 1990, 311-319; Appl. Phys.
Lett. 1992, 60, 1866-1868; Polymer Preprints, 1993,
34, 427-428; patentes US 6,265,026; 6,171,652;
6,051,321; 5,372,851 y 5,084,302. Por ejemplo, la aplicación de
patente europeo EP 1 255 129 revela un procedimiento de deposición
a vapor de una lámina delgada hidrófuga en un miembro óptico de
plástico. La deposición de la lámina delgada se efectúa calentando
un material poroso impregnado con un compuesto orgánico de silicio
fluorífero y evaporizando el compuesto orgánico de silicio
fluorífero que consiste de poliorganosilanos perfluoroalquilos o
polisilanos perfluoroalquilos. IBM Technical Disclosure Bulletin,
IBM CORP., Vol. 37, No. 11, p. 5-6 describe un
procedimiento para depositar láminas delgadas líquidas en un
sustrato por evaporización llevada de temperatura de un líquido en
vacío seguido de una condensación en la superficie de un sustrato.
El líquido consiste de poliéter polifluórico y está incluido en el
material poroso. Por la presente se incorporan los documentos
mencionados por referencia por sus lecciones en la formación de
láminas o en la deposición de compuestos orgánicos en sustratos.
En cuanto a figura 4, un procedimiento de la
presente invención y un sistema para formar láminas delgadas están
descritos. En términos generales, una cámara 20 como p. ej. una
cámara al vacío es utilizada en la presente invención. La cámara
puede ser una caja rectangular de metal aislada con una portilla que
está sellada por un anillo de cierre al cerrar y que permite la
inserción y la toma de asuntos. La caja puede tener una cámara
interior que opcionalmente está ligada a una bomba de alto vacío 22
capaz de crear un vacío de 0.0001 torr, por ejemplo. Ejemplos por
cámaras incluyen bajo la designación comercial Satis p. ej. MC LAB
260, MC LAB 360, 900 DLS, 1200 TLS y 150, adquiribles de Satis
Vacuum AG; aquellos bajo la designación comercial Univex, como p.
ej. 300, 350 y 400, adquiribles de Leybold Vacuum; aquellos bajo la
designación comercial Integrity® 36, 39, 44 y 50, adquiribles de
Denton Vacuum, y aquellos bajo la designación comercial Balinit®,
adquiribles de Balzers.
La cámara puede ser equipada con diferentes
dispositivos de calentación para al menos uno entre calentando la
cámara 24, calentando/evaporizando el material anfifílico y
calentando los sustratos 28. Se pueden usar varios dispositivos
diferentes, como p. ej. electrodos resistivos, un calentador
resistivo, un carrete, o un rayo electrónico o láser puede ser
utilizado para calentar rápidamente los materiales anfifílicos a una
temperatura alta para evaporización. Se puede usar un bloque de
calentamiento eléctrico para este fin. El calentador puede calentar
un crisol 30 en que el material compuesto 32 está colocado.
\newpage
Los sustratos 34 a recubrir con una lámina
delgada hidrofóbica de acuerdo con la invención son colocados
adentro de la cámara, en cualquiera posición conveniente. El
material compuesto 32 de un soporte poroso y el material anfifílico
son colocados también en contacto con un dispositivo de
calentamiento 26 adentro de la cámara 20 y la portilla se cierra.
Aunque se muestra un arreglo coniforme el material compuesto 32 de
un soporte poroso y el material anfifílico y los sustratos 34
pueden ser colocados de cualquier manera. Un vacío fuerte de
alrededor de 2 x 10^{+2} a alrededor de 5 x 10^{-4} torr es
aplicado a la cámara 20. Una válvula 36 que conecta la bomba 22 con
la cámara 20 es cerrada para mantener la cámara 20 en alto vacío
constante. El material anfifílico es calentado rápidamente para
evaporizar el material. Las moléculas anfifílicas en fase de gas se
desparraman de manera uniforme y muy rápida a lo largo de la cámara
20. Ya que las moléculas anfifílicas evaporizan el vacío adentro de
la cámara puede aumentar levemente pero permanece en el margen de
alrededor de 2 x 10^{+2} a alrededor de 5 x 10^{-4} torr. La
cámara 20 es mantenida en esta condición por un tiempo de alrededor
de 10 segundos a alrededor de 60 minutos a la espesura es
monitorizada por un cristal de cuarzo que puede estar montado en la
cámara (para obtener la espesura deseada). Durante este tiempo las
moléculas anfifílicas se autoensamblan y se adhieren a la
superficie del sustrato 34 y forman una lámina delgada continuada
uniforme. El sustrato 34 puede ser girado para favorecer una
aplicación uniforme del material anfifílico a través de los
sustratos 34.
Después del tiempo elegido la válvula 36 de la
bomba de vacío es abierta para evacuar el material anfifílico
excesivo en fase de gas de la cámara 20. Opcionalmente se puede usar
una trampa de enfriamiento o un condensador entre la cámara y la
bomba para condensar y atrapar el vapor excesivo de material
anfifílico para que no escape a la atmósfera. Se deja aire puro a
la cámara 20 a través de otra válvula 38, de esta manera elevándola
a presión atmosférica, y la cámara 20 es abierta para remover los
sustratos laminados 34.
La composición laminante puede ser caracterizada
por FTIR y/o NMR usando los métodos conocidos en el arte. Se pueden
determinar otras calidades químicas como el porcentaje de grupos
hidroxílicos por métodos conocidos en el arte como p. ej. patente
US 4,745,169. Se pueden usar todavía más calidades físicas y métodos
de caracterización espectroscópica y están conocidos en el arte.
El material anfifílico y/o la lámina formada de
ello tiene grupos hidroxílicos reactivos que están involucrados en
enlaces químicos (de tipo hidrógeno y/o covalente) con el sustrato.
Ya que la superficie del sustrato reacciona con humedad (moléculas
transportadas por el aire) se forman enlaces covalentes con la
superficie, similar al auto-ensamblaje de capas, de
esta manera proveyendo una lámina delgada permanente transparente
uniforme que es resistible a muchas condiciones drásticas. Esto es,
retener sus excelentes calidades hidrofóbicas/oleofóbicas.
La lámina ofrece varias ventajas en estas
superficies, incluyendo resistencia a rasguñas, protección de
recubrimientos anti-reflexivos en lentes de gafas,
protege superficies de la corrosión, barrera de humedad, reducción
de fricción, antiestático, resistencia a manchas, resistencia a
huellas dactilares y semejantes. Típicamente la lámina es de
naturaleza hidrofóbica.
La lámina delgada formada en el sustrato usando
el material compuesto de un soporte poroso impregnado con moléculas
anfifílicas tiene una espesura uniforme a lo largo del sustrato. En
una realización la espesura de la lámina delgada resultante es de
alrededor de 1 nm a alrededor de 250 nm. Otros ejemplos pueden
incluir una espesura de la lámina delgada resultante de alrededor
de 2 nm a alrededor de 200 nm, o una espesura de la lámina delgada
resultante de alrededor de 5 nm a alrededor de 100 nm, o una
espesura de la lámina delgada resultante es de alrededor de 8 nm a
alrededor de 20 nm. Se puede controlar la espesura de la lámina
delgada ajustando los parámetros de deposición, por ejemplo, la
duración en que el sustrato y el material compuesto permanecen en la
cámara bajo uno de presión reducida, temperatura elevada,
irradiación y/o corriente.
Por ejemplo, la lámina delgada es relativamente
uniforme en que -cuando se asume que el sustrato tiene una
superficie planar- la espesura de la lámina delgada no varía más de
alrededor de 25 nm en la superficie de la parte planar del sustrato
o alrededor de 15 nm en la superficie de la parte planar del
sustrato.
La lámina delgada formada en el sustrato usando
el material compuesto de un soporte poroso impregnado con moléculas
anfifílicas es de naturaleza continua. En otras palabras, agujeritos
y otros defectos laminares frecuentemente observados en láminas
delgadas producidas convencionalmente están minimizados y/o
eliminados.
En una realización, cuando se usa un polímero
POSS como material anfifílico y un vidrio como sustrato, la
formación de una capa de sílice (u otro óxido de metal) y de lámina
delgada de material anfifílico puede ser efectuada en una sola
cámara. Esto es porque no hace menester de exponer la capa de sílice
a vapor de agua al formar la capa de material anfifílico polimérico
POSS encima. Además la formación de cualquiera capa de material
anfifílico polimérico POSS no es dañino y no impide el uso siguiente
y repetido de la cámara para el susodicho proceso de dos pasos.
Los siguientes ejemplos ilustran la presente
invención. Si no está indicado de otra manera en los siguientes
ejemplos y en otra parte de la especificación y las reivindicaciones
todas partes y porcentajes son de peso, todas las temperaturas están
en centígrados y la presión está a o está cerca de la presión
atmosférica.
\vskip1.000000\baselineskip
Tres litros de agua destilada son colocados en
un vaso de precipitados de 5 l. Entonces se enfría el vaso de
precipitados a alrededor de 5ºC y se mantiene la temperatura por
circulación a través de un enfriador. Sin embargo, se puede usar
cualquier método conocido en el arte para mantener la temperatura,
como p. ej. la adición de hielo. Se añade triclorosilano
octadecílico (300 g) a gotas mientras se revuelve y se mantiene la
temperatura. La solución es entonces hidrolizada para generar un
material fino cristalino. Se sigue revolviendo la mezcla de
reacción para aproximadamente 30 minutos mientras se continua
mantener la temperatura. Entonces se permite a la mezcla de
reacción de volver a la temperatura ambiente mientras se revuelve.
Después del retorno a la temperatura ambiente se revuelve la mezcla
de reacción para aproximadamente 10 horas. Entonces la mezcla de
reacción se filtra y se lava con agua para remover todo ácido, y
después se seca. Mientras que la mezcla se seca al aire y entonces
en un horno a 95ºC para dos horas otros métodos de secar conocidos
en el arte se pueden utilizar de alternativa. Después de secar la
mezcla un polvo blanco con un punto de fusión de 70 - 72ºC está
generado.
\vskip1.000000\baselineskip
El procedimiento de Ejemplo 1 se repite, con
excepción de que se usa triclorosilano
heptadecafluoro-1,1,2,3-tetrahidrodecílico
en vez de triclorosilano octadecílico. Después de secar la mezcla un
polvo blanco con un punto de fusión de 67ºC está generado.
\vskip1.000000\baselineskip
El procedimiento de Ejemplo 1 se repite, con
excepción de que se usa triclorosilano octílico en vez de
triclorosilano octadecílico. Después de secar la mezcla un aceite
claro muy grueso está generado.
\vskip1.000000\baselineskip
Trimetoxisilano hexadecílico (25 g), 15 ml de
agua destilada, 40 l de 2- propanol y 2 ml de HCl concentrado son
revueltos en un frasco de 250 ml. En pocos minutos la mezcla se
vuelve en un grueso precipitado blanco y se pone difícil de
revolver. Se añade 100 ml adicionales de una mezcla
agua/2-propanol 50:50, se revuelve la reacción a
temperatura ambiente para 10 horas y después se calienta a 70ºC para
2 horas para hidrolizar completamente y generar un polvo fino. La
Aislamiento y filtración se realizan como en Ejemplo 1. La mezcla
de reacción se seca entonces en un horno a 98ºC para 2 horas. La
mezcla se vuelve oleaginosa y solidifica al permanecer a temperatura
ambiente. Se genera un sólido blanco ceroso con un punto de fusión
de 65ºC.
\vskip1.000000\baselineskip
El procedimiento de Ejemplo 4 se repite, con
excepción de que se usa trietoxisilano tridecafluorooctílico y
trimetoxisilano hexadecílico en una relación molar 1:1 en vez de
trimetoxisilano hexadecílico. Se genera un semisólido.
\vskip1.000000\baselineskip
Se mezclan trietoxisilano tridecafluorooctílico
y trimetoxisilano hexadecílico con relaciones de peso variadas.
Además se añade tetraetoxisilano para que forme de alrededor de 5% a
alrededor de 10% del peso total de la mezcla. La mezcla se
hidroliza entonces bajo las condiciones experimentales de los
Ejemplos 4 y 5. Sin embargo, se añade 2-etilexoato
de zinc (octoato de zinc) como catalizador de sustancia reticular
al tetraetoxisilano hidrolizado para aumentar el número de sitios
reactivos. Alcohol y agua son removidos por uso de un evaporador
rotatorio a presión reducida. La mezcla generó unas pasta blanca
semisólida.
Mientras que la invención ha sido explicada en
relación a ciertas realizaciones es entendido que al leer la
especificación varias modificaciones de ella serán evidentes a
personas calificadas. Por ende es entendido que la invención
revelada aquí está entendida de cubrir tales modificaciones que
caben en el alcance de las reivindicaciones fijadas.
Claims (10)
1. Un procedimiento para formar una lámina
delgada en un sustrato que comprende:
- proporcionar un sustrato en una cámara;
- formar una lámina de óxido en el sustrato en la cámara;
- insertar un material compuesto que comprende un soporte poroso y un material anfifílico de silsesquioxano poliédrico oligomérico en la cámara, en donde el soporte poroso comprende un metal y comprende poros de un tamaño de poros promedio alrededor de 1 micrómetro a alrededor de 1000 micrómetros;
- ajustar en la cámara al menos una temperatura del material compuesto de alrededor de 50 a alrededor de 300ºC y una presión de alrededor de 0.000001 a alrededor de 760 torr para inducir una vaporización del material anfifílico de silsesquioxano poliédrico oligomérico; y
- recuperar el sustrato con la lámina delgada encima, en dónde el silsesquioxano poliédrico oligomérico tiene la fórmula:
- donde R es un alquilo, hidrocarburo aromático, fluoroalquilo, éter alquilo, éter fluoroalquilo, que contiene de 1 a 30 átomos de carbono; x es de 1 a 4; y es de 1 a 4, y n es de 1 a 500.
\vskip1.000000\baselineskip
2. El procedimiento de reivindicación 1, donde
el material anfifílico de silsesquioxano poliédrico oligomérico
comprende al menos uno elegido entre el grupo que consiste de
poly(silsesquioxano p-hidroxibenzóico);
poly(silsesquioxano
p-hidroxibenzóico-co-silsesquioxano
metoxibenzóico); poly(silsesquioxano
p-hidroxibenzóico-co-silsesquioxano
t-butílico); poly(silsesquioxano
p-hidroxibenzóico-co-silsesquioxano
ciclohexílico; poly(silsesquioxano
p-hidroxibenzóico-co-silsesquioxano
fenílico); poly(silsesquioxano
p-hidroxibenzóico-co-silsesquioxano
bicicloheptílico); poly(silsesquioxano
p-hidroxifeniletílico); poly(silsesquioxano
p-hidroxifeniletílico-co-silsesquioxano
p-hidroxi-\alpha-metilbenzóico);
poly(silsesquioxano
p-hidroxifeniletílico-co-silsesquioxano
metoxibenzóico); poly(silsesquioxano
p-hidroxifeniletílico-co-silsesquioxano
t-butílico); poly(silsesquioxano
p-hidroxifeniletílico-co-silsesquioxano
ciclohexílico; poly(silsesquioxano
p-hidroxifeniletílico-co-silsesquioxano
fenílico); poly(silsesquioxano
p-hidroxifeniletílico-co-silsesquioxano
bicicloheptílico); poly(silsesquioxano
p-hidroxi-\alpha-metilbenzóico);
poly(silsesquioxano
p-hidroxi-\alpha-metilbenzóico-co-silsesquioxano
p-hidroxibenzóico); poly(silsesquioxano
p-hidroxi-\alpha-metilbenzóico-co-silsesquioxano
metoxibenzóico); poly(silsesquioxano
p-hidroxi-\alpha-metilbenzóico-co-silsesquioxano
t-butílico); poly(silsesquioxano
p-hidroxi-\alpha-metilbenzóico-co-silsesquioxano
ciclohexílico; poly(silsesquioxano
p-hidroxi-\alpha-metilbenzóico-co-silsesquioxano
fenílico); poly(silsesquioxano
p-hidroxi-\alpha-metilbenzóico-co-silsesquioxano
bicicloheptílico); y poly(silsesquioxano
p-hidroxibenzóico-co-silsesquioxano
p-hidroxifeniletílico.
3. El procedimiento de reivindicación 1 o 2,
donde la lámina delgada es formada con una velocidad de alrededor de
0.001 nm/sec o más y alrededor de 1 nm/sec o menos.
4. El procedimiento de cualquiera de las
reivindicaciones 1-3, donde el metal comprende al
menos uno elegido entre el grupo que consiste de aluminio, latón,
bronce, cromo, cobre, oro, hierro, níquel, paladio, platino, plata,
acero inoxidable, estaño, titanio, tungsteno, zinc y zirconio.
5. El procedimiento de cualquiera de las
reivindicaciones 1-4, donde el material compuesto
comprende además al menos uno de un disolvente orgánico no- polar,
un catalizador laminante y un apagador.
6. El procedimiento de cualquiera de las
reivindicaciones 1-5, donde el sustrato comprende al
menos uno de vidrio, vidrio con un recubrimiento antireflexivo
encima, sílice, óxido de germanio, cerámica, porcelana, fibra
óptica, metal, plástico termoestable y termoplástico.
7. El procedimiento de cualquiera de las
reivindicaciones 1-6, donde el soporte poroso
comprende poros de un tamaño de poros promedio de alrededor de 5
micrómetros a alrededor de 500 micrómetros.
8. El procedimiento de cualquiera de las
reivindicaciones 1-7, donde el soporte poroso tiene
una porosidad tal que absorbe de alrededor de 0.001 g a alrededor de
5 g del material anfifílico de silsesquioxano poliédrico oligomérico
por cm^{3} del soporte poroso.
9. El procedimiento de cualquiera de las
reivindicaciones 1-8, donde la presión está ajustada
de alrededor de 0.00001 a alrededor de 200 torr.
10. El procedimiento de cualquiera de las
reivindicaciones 1-9, donde la lámina delgada tiene
una espesura de alrededor de 1 nm a alrededor de 250 nm.
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