KR102475284B1 - 복합 필러 구조물 - Google Patents

복합 필러 구조물 Download PDF

Info

Publication number
KR102475284B1
KR102475284B1 KR1020177027510A KR20177027510A KR102475284B1 KR 102475284 B1 KR102475284 B1 KR 102475284B1 KR 1020177027510 A KR1020177027510 A KR 1020177027510A KR 20177027510 A KR20177027510 A KR 20177027510A KR 102475284 B1 KR102475284 B1 KR 102475284B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
face
protrusion
region
modulus
stem
Prior art date
Application number
KR1020177027510A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170129168A (ko
Inventor
르네 헨젤
사라 피셔
에두아르드 아르츠
Original Assignee
라이브니츠-인스티투트 퓌어 노이에 마테리알리엔 게마인누찌게 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 라이브니츠-인스티투트 퓌어 노이에 마테리알리엔 게마인누찌게 게엠베하 filed Critical 라이브니츠-인스티투트 퓌어 노이에 마테리알리엔 게마인누찌게 게엠베하
Publication of KR20170129168A publication Critical patent/KR20170129168A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102475284B1 publication Critical patent/KR102475284B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J7/00—Adhesives in the form of films or foils
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C39/00—Shaping by casting, i.e. introducing the moulding material into a mould or between confining surfaces without significant moulding pressure; Apparatus therefor
    • B29C39/02—Shaping by casting, i.e. introducing the moulding material into a mould or between confining surfaces without significant moulding pressure; Apparatus therefor for making articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C39/021—Shaping by casting, i.e. introducing the moulding material into a mould or between confining surfaces without significant moulding pressure; Apparatus therefor for making articles of definite length, i.e. discrete articles by casting in several steps
    • B29C39/025—Shaping by casting, i.e. introducing the moulding material into a mould or between confining surfaces without significant moulding pressure; Apparatus therefor for making articles of definite length, i.e. discrete articles by casting in several steps for making multilayered articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B7/00—Layered products characterised by the relation between layers; Layered products characterised by the relative orientation of features between layers, or by the relative values of a measurable parameter between layers, i.e. products comprising layers having different physical, chemical or physicochemical properties; Layered products characterised by the interconnection of layers
    • B32B7/04—Interconnection of layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B7/00—Layered products characterised by the relation between layers; Layered products characterised by the relative orientation of features between layers, or by the relative values of a measurable parameter between layers, i.e. products comprising layers having different physical, chemical or physicochemical properties; Layered products characterised by the interconnection of layers
    • B32B7/04—Interconnection of layers
    • B32B7/05—Interconnection of layers the layers not being connected over the whole surface, e.g. discontinuous connection or patterned connection
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J2301/00—Additional features of adhesives in the form of films or foils
    • C09J2301/30—Additional features of adhesives in the form of films or foils characterized by the chemical, physicochemical or physical properties of the adhesive or the carrier
    • C09J2301/31—Additional features of adhesives in the form of films or foils characterized by the chemical, physicochemical or physical properties of the adhesive or the carrier the adhesive effect being based on a Gecko structure
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J2301/00—Additional features of adhesives in the form of films or foils
    • C09J2301/30—Additional features of adhesives in the form of films or foils characterized by the chemical, physicochemical or physical properties of the adhesive or the carrier
    • C09J2301/312—Additional features of adhesives in the form of films or foils characterized by the chemical, physicochemical or physical properties of the adhesive or the carrier parameters being the characterizing feature
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J2471/00—Presence of polyether
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J2475/00—Presence of polyurethane
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J2475/00—Presence of polyurethane
    • C09J2475/006—Presence of polyurethane in the substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J2483/00—Presence of polysiloxane
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J2483/00—Presence of polysiloxane
    • C09J2483/006—Presence of polysiloxane in the substrate

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)

Abstract

본 발명은 복합 필러 구조물, 특히 부드럽고 거친 표면들에의 고착을 위한 상기 구조물에 관한 것이다. 상기 복합 필러 구조물은 종방향으로, 보다 낮은 탄성 모듈러스를 갖는 적어도 하나의 영역 및 보다 높은 탄성 모듈러스를 갖는 적어도 하나의 영역을 포함하며, 상기 보다 낮은 탄성 모듈러스를 갖는 영역은 바람직하게는 단부면을 포함하고, 이들 2개의 영역은 서로 인접한다.

Description

복합 필러 구조물{COMPOSITE PILLAR STRUCTURES}
본 발명은 특히 거칠고/거칠거나 부드러운 표면에 대해 개선된 고착성(adhesion)을 갖는 구조화된 표면 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
일부 절지동물 및 게코 (gecko)의 고착 기관은 일시적이고, 가역적인 고착에 유망한 개념을 나타낸다. 이들의 원섬유성(Fibrillar) 나노- 또는 미소구조 (microstructure)는 대단히 다양한 물질들(또한 조도 "roughness"가 크게 변한다)의 기재상에서 균일한 고착 접촉을 통해 순방향 이동을 가능하게 한다. 상기의 발견 이래로, 상기 순전히 물리적으로 작용하는 고착 시스템들은 상기 성질을 갖는 인공적인 시스템의 생성을 위한 연구의 주제가 되어왔다. 탄성중합체성 미소구조에 기반한 원섬유성 고착 시스템을 모방하기 위한 성공적인 개념이 매우 최근의 과거에 매우 매끄럽고 단단한 기재 표면, 예를 들어 유리, 실리콘 웨이퍼 또는 연마된 금속 표면에 대해 입증되었다. 그러나, 거친 완충 표면에 대한 상기와 같은 고착 기전의 전달은, 자연에서 드물지 않고 절지동물 및 게코에게는 장애가 되지 않지만, 지금까지 덜 성공적이었다.
원섬유 직경, 종횡비 및 접촉점의 기하학적 모양과 같은 디자인 매개변수들은 미소구조화 기법에 의해 특이적으로 변화될 수 있고, 이어서 연구 및 분석될 수 있다. 예를 들어, 높은 종횡비를 갖는 원섬유는 탈착 중 탄성 에너지를 보다 양호하게 소산시키고 결과적으로 보다 큰 고착력을 획득할 수 있게 하는 것으로 밝혀졌다. 그러나, 높은 종횡비는 상기와 같은 구조의 기계적 안정성에 불리한데, 그 이유는 가압하에서 상기는 오일러 좌굴 (Euler buckling)에 불안정하거나, 또는 감소된 굽힘 강도로 인해 인접한 원섬유의 응집이 심지어 힘의 작용 없이도 발생하기 때문이다.
원섬유 구조는 접촉 구역에서 탄성 가요성을 증가시키며, 그 결과 상기는 동일한 물질의 구조화되지 않은 표면보다 더 양호하게 거친 기재에 적응할 수 있다. 조도가 증가함에 따라 고착 강도는 감소하지만, 상기 효과는 원섬유 구조의 증가된 가요성에 반격할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 이론적으로, 상기는 유효 E 모듈러스의 측정을 통해 개시될 수 있으며, 여기에서 상기 고체의 고유 E 모듈러스는 상호침투 공기 부피의 함수로서 감소한다. 따라서, 게코의 β-케라틴 원섬유를 예로, 약 100 kpA의 유효 탄성 모듈러스까지, 10의 4승배가 넘는 E 모듈러스의 감소가 관찰되었다. 또한, 계층적으로 조직화된 원섬유 구조는 여러 규모의 길이에 걸쳐 요철지수(rugosity)를 해결하는 능력을 가지며, 이때 각각의 계층 단계는 한정된 자릿수를 커버한다.
최근 십년간 원섬유 고착 시스템에 관한 근본적인 이해의 막대한 증가에도 불구하고, 그의 적용 분야는 단단하고 매끄러운 물체, 예를 들어 유리, 웨이퍼 및 연마된 금속 표면에 거의 독점적으로 여전히 제한적이다. 부드러운 가요성 기재(종종 점탄성 성질을 갖는, 예를 들어 피부 표면)상에서의 상기와 같은 시스템의 고착 기전은 공지된 것이 여전히 매우 적다. 또한, 피부는 그의 점탄성 성질 외에, 다양한 정도로 거칠고 축축하며 따라서 연구에 큰 도전을 나타낸다.
가역성 고착 결합의 중요한 분야는 상기 게코 구조와 유사하게, 반데르 발스력에 기초한 건조 고착이다. 상기 구조는 탈착성이며 또한 수회 사용될 수 있다. 그러나, 문제는 표면 고착력이 단지 제한된 정도로만 영향을 받을 수 있다는 것이다.
배(Bae) 등(Bae, W.G., Kim, D., Kwak, M.K., Ha, L., Kang, S.M. & Suh, K.Y. (2013a). Enhanced skin adhesive patch with modulus-tunable composite micropillars. Adv. Healthc. Mater., 2, 109-113)은 돌기부의 단부면상의 얇은 필름이 피부와 같은 부드러운 표면에의 고착을 개선시킬 수 있음을 보일 수 있었다. 그러나, 오직 얇은 필름만이 사용되었고 단지 부적합하게 중합되었으며, 이는 엄밀히는 피부상에 사용시 문제가 된다.
본 발명의 목적은 고착 성질을 갖고 종래 기술의 단점을 피하는 구조화된 표면을 제공하는 것이다. 이는 거칠고 부드러운 표면에 특히 적합하여야 한다. 또한, 상기와 같은 구조화된 표면을 생성시킬 수 있는 방법을 제공해야 한다.
상기 과제는 독립항들의 특징을 갖는 본 발명에 의해 해결된다. 본 발명의 유리한 확장은 종속항에서 특성화된다. 모든 청구항의 용어는 본 개시의 내용에 포함된 참조에 의한다. 본 발명은 또한 모든 타당한, 특히 모든 언급된 독립항들 및/또는 종속항들의 조합들을 포함한다.
상기 과제는 고체 바디 (solid body)의 구조화된 표면 (structured surface)에 의해 해결되며, 여기에서 상기 표면은 다수의 돌기부 (projection)(필러: pillar)를 포함하는 구조화를 갖고, 이때 각각의 돌기부는 적어도 하나의 스템(stem)을 갖고 상기 표면으로부터 떨어진 단부면(end face) 포인팅을 포함한다. 여기에서, 상기 스템은 종방향으로, 상이한 탄성 모듈러스를 갖는 적어도 2개의 영역을 포함하며, 여기에서 2개의 영역은 서로 인접하여 상 경계 (phase boundary)를 형성한다.
여기에서 영역은, 적어도 하나의 포인트가 돌기부의 기부 영역에 평행한 완전한 횡단면을 포함하는 상기 돌기부의 일부를 의미하는 것으로 이해된다. 바람직하게는, 계면 영역들을 제외하고, 하나의 영역은 항상 상기 돌기부의 동일한 횡단면을 포함한다. 이어서 개별적인 영역은 상이한 구성 블록(영역)들의 컬럼의 형성과 유사하게 상기 돌기부를 형성하며, 상기 블록들은 각각 컬럼 구획을 포함한다. 상기 영역들이 서로 접촉하는 구역은 계면으로서 간주된다. 상기 생성 공정에 따라, 상기 계면은 결합을 지원하는 박층을 또한 포함할 수 있다.
상기와 같은 영역내에서, 탄성 모듈러스는 바람직하게는 일정하다.
놀랍게도, 본 발명에 이르러 상기와 같이 조립된 돌기부는 특히 거칠고 매끄러운 표면에 대한 고착의 개선을 유도하는 것으로 밝혀졌다. 또한, 계면, 특히 굽은 계면의 기하학적 형태의 선택을 통해, 특히 상기 영역의 탄성 모듈러스 및 치수의 유리한 비와 함께 상기 고착을 더욱 증가시킬 수 있다. 따라서, 달리 오직 넓어진 단부면(버섯)(이는 생성시키기 어려우며 연성 물질을 사용하는 경우 붕괴되는 경향이 있다)에 의해서만 가능했던 고착을 성취할 수 있다. 상기 접촉 영역 중의 테두리에서 중심으로의 최대 장력의 이동은 상기 유리한 성질들에 기여한다.
본 발명의 바람직한 실시태양에서, 보다 낮은 탄성 모듈러스를 갖는 영역, 바람직하게는 가장 낮은 탄성 모듈러스를 갖는 영역은 상기 단부면을 포함한다. 이는 상기 단부면이 또한 상기 물질로 이루어짐을 의미한다. 상기 구조를 통해서, 상기 돌기부의 스템이 상기 단부면의 영역보다 덜 탄성임을 성취한다. 따라서 상기 컬럼의 스템은 하중에 의해 또는 하중 없이, 덜 뭉치는 경향이 있다. 동시에, 상기 단부면은 보다 탄성이며 그 자체가 거친 표면에 보다 양호하게 적응할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시태양에서, 상 경계는 각각의 돌기부의 단부면에 평행하지 않다.
본 발명의 하나의 실시태양에서, 상기 단부면을 포함하는 영역의 수직 두께는 이웃하는 영역에 대한 상 경계에 대해 일정하지 않다. 이는 상기 상 경계가 상기 단부면에 평행하지 않은 경우이다. 여기에서, 수직 두께는 상기 돌기부의 종방향에서 단부면과 상 경계간의 거리를 의미하는 것으로 이해된다. 따라서 예를 들어 상기 단부면은 굽을 수 있으며 상기 계면은 평면을 형성하거나, 또는 상기 단부면이 평면 모양이고 상기 계면은 굽는다. 바람직하게 상기 영역의 두께는 모든 방향에서 테두리를 향해 증가하거나 감소한다. 이는 상기 2개의 구역(단부면 또는 상 경계) 중 적어도 하나가 곡선 (curvature)을 갖는 경우이다. 상기 두 표면은 또한 상이하게 굽을 수 있다.
본 발명의 하나의 실시태양에서, 2개의 영역 사이의 적어도 하나의 상 경계는 곡선을 갖는다. 상기 돌기부내에서 적어도 하나의 최소 또는 최대인 계면 곡률이 바람직하며, 하나의 최소 또는 최대의 곡률이 바람직하다. 상기 상 경계는 바람직하게는 포물선, 반구형 내지 보울 모양이다.
계면은 특히 상기 계면 자체가 상기 돌기부와 교차하는 평면이 아닌 경우 굽은 것으로 간주된다. 상기 경우에 계면은 또한 오직 테두리를 향해 곡선을 나타내는 반면, 상기 돌기부의 중앙에서는 편평하게 이어진다.
상기와 같은 계면 모양은 상기 돌기부 섹션에서 상이한 탄성 또는 굽힘 강도를 갖는 물질이 모두 존재하고 상호침투하는 효과를 갖는다. 상기와 같은 배열은 상기와 같은 돌기부의 고착 강도를 증가시키며 붕괴되는 경향을 또한 감소시키는 것으로 밝혀졌다.
본 발명의 하나의 실시태양에서, 상기 돌기부의 높이에 대한 상기 단부면을 포함하는 영역의 최소 수직 두께의 비는 0.5 미만, 특히 0.3 미만, 특히 0.1 미만이다. 결과적으로, 예를 들어 굽은 상 경계를 갖는 상기 수직 두께의 변화는 상기 고착에 특히 강한 영향을 미친다. 최적의 비가 또한 상기 탄성 모듈러스의 비, 및 상기 계면의 기하학적 형태에 따라 변한다.
상기 단부면의 수직 높이는 상기 단부면의, 상기 돌기부가 위치하고 있는 표면까지의 거리를 의미하는 것으로 이해된다.
본 발명의 하나의 실시태양에서, 상기 단부면을 포함하는 영역은 상기 돌기부 부피의 50% 이하, 바람직하게는 상기 돌기부 부피의 40%, 30% 또는 20% 이하를 차지한다. 바람직하게는, 이와 독립적으로, 상기 영역은 돌기부 부피의 적어도 15%, 적어도 10%, 또는 적어도 2%를 차지한다. 여기에서, 돌기부의 부피는 기부면 및 단부면(임의의 가능하게 넓어진 단부면 포함)으로부터 출발하여 둘러싸는 부피를 의미하는 것으로 이해된다.
본 발명의 하나의 실시태양에서, 상기 곡선은 상기 단부면 방향으로 볼록하다, 즉 상 경계가 최대이다. 바람직하게, 상기 곡선은 특히 상기 돌기부 직경의 2배 이하, 특히 적어도 상기 돌기부 직경 이하의 반경을 갖는 구형 곡선이다.
본 발명의 추가의 실시태양에서, 표면으로부터 탈착시, 상기 돌기부는 상기 돌기부의 중앙에서 탈착 개시를 나타낸다. 탄성 모듈러스, 크기비 및 계면의 기하학적 형태, 특히 볼록한 계면에 유리한 매개변수들을 시뮬레이션 및 측정에 의해 결정할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시태양에서, 본 발명의 구조화된 표면의 돌기부는 모양이 컬럼형이다. 이는 상기가 바람직하게는 스템 및 단부면을 갖는, 표면에 수직으로 형성된 돌기부임을 의미하며, 여기에서 상기 스템 및 단부면은 임의의 횡단면(예를 들어 원형, 타원형, 직사각형, 사각형, 마름모형, 육각형, 오각형 등)을 가질 수 있다.
바람직하게 상기 돌기부는 상기 돌기부의 기부 구역상의 단부면의 수직 돌기부가 상기 기부 구역과 중복되는 구역을 형성하는 모양이며, 여기에서 상기 중복 구역 및 상기 단부면상의 중복 구역의 돌기부는 완전히 상기 돌기부내에 놓이는 바디의 경계를 이룬다. 본 발명의 바람직한 실시태양에서, 상기 중복 구역은 상기 기부 구역의 적어도 50%, 바람직하게는 상기 기부 구역의 적어도 70%를 차지하며, 특히 바람직하게는 상기 기부 구역은 전체 기부 구역을 차지한다. 따라서 상기 돌기부는 바람직하게는 경사지지 않지만, 그럴 수 있다.
바람직한 실시태양에서, 상기 단부면은 상기 기부 구역 및 상기 표면에 평행하게 배향된다. 상기 단부면이 상기 표면에 평행하게 배향되지 않고 따라서 상이한 수직 높이를 갖는 경우, 상기 단부면의 평균 수직 높이가 상기 돌기부의 수직 높이로서 간주된다.
하나의 실시태양에서, 상기 돌기부의 단부면은 상기 기부 구역보다 더 크다.
본 발명의 바람직한 실시태양에서, 상기 돌기부의 스템은 그의 평균 직경에 대해 1 내지 100, 바람직하게는 1 내지 10, 특히 바람직하게는 2 내지 5의 높이 대 직경의 종횡비 (aspect ratio)를 갖는다.
하나의 실시태양에서, 상기 종횡비는 적어도 3, 특히 적어도 7, 바람직하게는 3 내지 15, 특히 바람직하게는 3 내지 10이다. 상기와 같은 돌기부는 특히 본 발명에 따른 방법에 의해 수득될 수 있다.
여기에서 상기 평균 직경은 상기 돌기부의 전체 높이에 걸쳐 측정된, 상기 돌기부의 관련된 횡단면과 동일한 면적을 갖는 원의 직경을 의미하는 것으로 이해된다.
본 발명의 추가의 실시태양에서, 상기 돌기부의 전체 높이에 걸쳐 한정된 높이에서 직경에 대한 돌기부의 높이의 비는 항상 1 내지 100, 바람직하게는 1 내지 10, 특히 바람직하게는 2 내지 5이다. 하나의 실시태양에서, 상기 종횡비는 적어도 3, 특히 적어도 7, 바람직하게는 3 내지 15, 특히 바람직하게는 3 내지 10이다. 여기에서 직경은 상기 한정된 높이에서 상기 돌기부의 상응하는 횡단면과 동일한 면적을 갖는 원의 직경인 것으로 이해된다.
상기 돌기부는 넓어진 단부면, 소위 "버섯" 구조를 가질 수 있다.
바람직한 실시태양에서, 상기 돌기부는 넓어진 단부면을 갖지 않는다.
상기 돌기부의 단부면은 자체가 그의 표면적을 증가시키기 위해서 구조화될 수 있다. 이 경우에, 상기 단부면의 평균 수직 높이는 상기 돌기부의 수직 높이로서 간주된다.
바람직한 실시태양에서, 모든 돌기부의 수직 높이는 1 ㎛ 내지 10 ㎜, 바람직하게는 1 ㎛ 내지 5 ㎜, 특히 1 ㎛ 내지 2 ㎜의 범위, 바람직하게는 10 ㎛ 내지 2 ㎜의 범위이다.
바람직한 실시태양에서, 상향 구역으로부터의 기부 구역은 0.1 ㎛ 내지 5 ㎜, 바람직하게는 0.1 ㎛ 내지 2 ㎜, 특히 바람직하게는 1 ㎛ 내지 500 ㎛, 특히 바람직하게는 1 ㎛ 내지 100 ㎛의 직경을 갖는 원에 상응한다. 하나의 실시태양에서, 상기 기부 구역은 0.3 ㎛ 내지 2 ㎜, 바람직하게는 1 ㎛ 내지 100 ㎛의 직경을 갖는 원이다.
상기 스템의 평균 직경은 바람직하게는 0.1 ㎛ 내지 5 ㎜, 바람직하게는 0.1 ㎛ 내지 2 ㎜, 특히 바람직하게는 1 ㎛ 내지 100 ㎛이다. 상기 높이 및 평균 직경은 바람직하게는 상기 바람직한 종횡비에 따라 적응된다.
넓어진 단부면을 갖는 바람직한 실시태양에서, 돌기부의 단부면의 표면적은 돌기부의 기부 구역의 면적의 적어도 1.01 배, 바람직하게는 적어도 1.5 배만큼 넓다. 상기는 예를 들어 1.01 내지 20 인자만큼 더 클 수 있다.
추가의 실시태양에서, 상기 단부면은 상기 기부 구역보다 5% 내지 100% 더 넓고, 특히 바람직하게는 상기 기부 구역의 10% 내지 50%이다.
바람직한 실시태양에서, 2개의 돌기부간의 거리는 2 ㎜ 미만, 특히 1 ㎜ 미만이다.
상기 돌기부는 바람직하게는 규칙적인 간격으로 위치한다.
상기 돌기부의 모든 영역의 탄성 모듈러스는 바람직하게는 50 kPa 내지 3 GPa이다. 바람직하게 부드러운 영역, 즉 상기 단부면을 포함하는 영역의 탄성 모듈러스는 50 kPa 내지 20 MPa, 바람직하게는 100 kPa 내지 10 MPa이다. 상기와 독립적으로, 높은 탄성 모듈러스를 갖는 영역들의 탄성 모듈러스는 바람직하게는 1 MPa 내지 3 GPa, 바람직하게는 2 MPa 내지 1 GPa이다. 바람직하게 모든 보다 부드럽고 보다 단단한 영역의 경우, 상기 탄성 모듈러스는 상기에 서술된 범위내에 있다. 바람직하게는, 상기 돌기부 영역들의 탄성 모듈러스는 단부면을 향해 감소한다.
최저의 탄성 모듈러스를 갖는 영역과 최고의 탄성 모듈러스를 갖는 영역의 탄성 모듈러스의 비는 바람직하게는 1:2000 이하, 특히 1:1500 이하, 특히 1:1200 이하, 및 이와 독립적으로 적어도 1:1.1, 바람직하게는 적어도 1:1.5, 특히 적어도 1:2이다. 그러나, 1:1000 이하의 비가 유리할 수 있다.
본 발명의 추가의 실시태양에서, 최저의 탄성 모듈러스를 갖는 영역과 최고의 탄성 모듈러스를 갖는 영역의 탄성 모듈러스의 비는 바람직하게는 1:5 내지 1:50(부드러운 대 단단한), 특히 1:10 내지 1:20이다.
추가의 바람직한 실시태양에서, 상기 비는 1:1.1 내지 1:500, 특히 1:1.5 내지 1:5이다. 이에 대해서, 보다 단단한 영역은 또한 예를 들어 평면이 아니거나 굽은 표면의 경우 적합하게 가요성으로 남아있다.
상기 돌기부는 다수의 상이한 물질들로 이루어질 수 있으며, 탄성중합체가 바람직하고, 가교결합성 탄성중합체가 특히 바람직하다. 보다 높은 탄성 모듈러스의 영역들은 열경화성 플라스틱을 또한 포함할 수 있다.
따라서 상기 돌기부는 하기의 물질들을 포함할 수 있다:
에폭시 및/또는 실리콘-계 탄성중합체, 폴리우레탄, 에폭시 수지, 아크릴레이트 시스템, 메트아크릴레이트 시스템, 단독- 및 공중합체로서 폴리아크릴레이트, 단독- 및 공중합체로서 폴리메트아크릴레이트(PMMA, AMMA, 아크릴로니트릴/메틸 메트아크릴레이트), 폴리우레탄 (메트)아크릴레이트, 실리콘, 실리콘 수지, 고무, 예를 들어 R 고무(NR 천연 고무, IR 폴리이소프렌 고무, BR 부타디엔 고무, SBR 스티렌-부타디엔 고무, CR 클로로프렌 고무, NBR 니트릴 고무), M 고무(EPM 에텐-프로펜 고무, EPDM 에틸렌-프로필렌-디엔 고무), 불포화된 폴리에스테르 수지, 포름알데히드 수지, 비닐 에스테르 수지, 단독- 또는 공중합체로서 폴리에틸렌, 및 상기 물질들의 혼합물 및 공중합체. 또한 EU(2011년 1월 15일자로 공개된, 2011년 1월 14일자 EU 규정(EU Directive) 제 10/2011 호에 따라) 또는 FDA에 의해 포장, 약제 및 식품 부문에의 사용이 허용된 탄성중합체 또는 PVD 및 CVD 가공 기법으로부터의 무-실리콘 UV 경화성 수지가 바람직하다. 여기에서, 폴리우레탄 (메트)아크릴레이트는 폴리우레탄 메트아크릴레이트, 폴리우레탄 아크릴레이트, 및 이들의 혼합물 및/또는 공중합체를 나타낸다.
에폭시 및/또는 실리콘-계 탄성중합체, 폴리우레탄 (메트)아크릴레이트, 폴리우레탄, 실리콘, 실리콘 수지(예를 들어 UV 경화성 PDMS), 폴리우레탄 (메트)아크릴레이트 및 고무(예를 들어 EPM 및 EPDM)가 바람직하다.
본 발명의 하나의 실시태양에서, 상기 구조화된 표면의 돌기부 중 적어도 2개는 단부면상에서 필름을 통해 함께 연결된다. 상기 필름은 상기 단부면의 물질과 유사한 탄성 모듈러스를 가질 수 있다. 여기에서 필름은 상기 단부면상에 놓이고 또한 상기 돌기부들 사이의 영역을 가교하는 일정한 두께를 갖는 물질 연동장치를 의미하는 것으로 이해된다. 결과적으로, 상기 필름은, 보다 많은 수의 돌기부들을 가교하는 경우, 상기 돌기부들과 폐쇄된 표면을 형성한다. 이는 상기 구조화된 표면의 오염을 피해야 할 때 유리할 수 있다. 상기 봉입된 기체는 또한 상기와 같이 구조화된 표면의 탄성에 기여한다. 상기 필름의 탄성 및 낮은 두께로 인해, 상기 돌기부의 양의 고착 성질이 유지된다.
상기 필름은 바람직하게는 상기 가교된 돌기부의 수직 높이의 50% 이하, 바람직하게는 30% 이하이다. 또한, 상기 필름은 상기 높이의 계산에 포함되지 않는다.
상기 필름은 바람직하게는 2 ㎜ 이하, 바람직하게는 1 ㎜ 이하, 및 특히 바람직하게는 800 ㎛ 이하의 두께를 갖는다.
본 발명은 또한 고체 바디의 구조화된 표면의 생성 방법에 관한 것이며, 여기에서 상기 표면은 다수의 돌기부를 포함하는 구조화를 갖고, 각각의 상기 돌기부는 상기 표면으로부터 떨어진 단부면 포인팅과 함께 적어도 하나의 스템을 가지며, 여기에서 상기 스템은 종방향으로, 보다 낮은 탄성 모듈러스를 갖는 적어도 하나의 영역 및 보다 높은 탄성 모듈러스를 갖는 적어도 하나의 영역을 포함한다.
하기에, 개별적인 공정 단계들을 보다 상세히 개시한다. 상기 단계들을 반드시 서술된 순서로 수행해야 할 필요는 없으며, 개시되는 방법은 언급되지 않은 단계들을 또한 추가로 가질 수 있다.
이를 위해서, 먼저 돌기부의 성형을 위한 주형을 생성시킨다. 상기 주형내에, 상기 단부면의 물질에 대한 전구체를 포함하는 제1 조성물을 액체로서, 바람직하게는 용매 중의 용액으로서 도입시킨다. 바람직하게 상기는 경화된 상태에서, 사용되는 다른 물질들보다 더 낮은 탄성 모듈러스를 갖는 물질이다. 상기 조성물은 상기 주형의 침하시 수집되며, 이는 상기 돌기부를 제공한다.
상기 주형과 상기 조성물간의 습윤 차이를 통해, 상기 주형 중에 메니스커스가 형성된다. 상기는 예를 들어 모양이 오목하거나 볼록할 수 있다.
다음 단계전에 상기 용매의 적어도 일부를 증발시킬 필요가 있을 수 있다.
남아있는 물질의 양을 보다 양호하게 조절할 수 있기 때문에 용액으로서의 도입이 바람직하다. 또한, 상기 메니스커스의 모양이 상기에 의해 간단히 영향을 받는다. 다음 영역에 대한 후속 계면의 모양이 상기에 의해 조절될 수 있다. 상기 돌기부에 대해 개시되는 계면은 바람직하게는 굽은 계면이 바람직하다.
한정된 표면 습윤을 확립시키기 위해서 상기 주형을 사전에 적합하게 코팅하는 것이 또한 가능하다.
임의로 상기 조성물은 또한 이미 완전하게 또는 부분적으로 경화될 수 있다.
필요한 경우, 소량의 결합제 또는 가교결합 보조제를, 다음 물질에의 결합을 개선시키기 위해서 적용할 수 있다. 이는 예를 들어 2개의 물질이 상이한 경화 기전에 기반할 때 필요할 수 있다. 상기 조성물의 표면을 또한, 다음 조성물을 위한 결합 부위를 생성시키기 위해서, 예를 들어 플라스마 처리에 의해 처리할 수 있다.
상기 단계를 예를 들어 상기 돌기부내에 추가의 영역을 도입시키기 위해서 수회 반복할 수 있다.
바람직한 실시태양에서, 상기와 같이 제조된 주형을 상기 스템의 물질과 함께 성형에 사용한다. 이에 의해, 상기 주형 중에 이미 존재하는 물질은 상기 스템에 대한 물질과 결합한다.
바람직하게 마지막 단계에서 배면층, 즉 상기 돌기부가 위치하는 표면에 대한 물질을 상기 주형상에 적용하고 경화시킨다. 특히 바람직하게 상기는 상기 돌기부의 스템에 대한 경우와 동일한 물질이며, 따라서 배면층 및 스템은 한 단계로 생성된다.
다음 단계에서, 상기 조성물을 최종 적용하고/하거나 앞서 적용된 조성물들을 모두 경화시킨다. 이 후에, 상기 구조화된 표면을 상기 주형으로부터 이형시킨다. 적어도 2개의 영역으로 이루어지는 돌기부를 갖는 구조화된 표면이 획득된다.
상기 방법은, 특히 상기 물질들 사이에 형성되는 계면을 조절하면서, 적어도 2개의 상이한 물질을 포함하는 돌기부의 간단한 생성을 허용한다. 상기 계면의 모양은 고착 성질에 양의 영향을 미치기 때문에, 개선된 고착 성질을 갖는 표면을, 버섯 구조의 형성과 같은 복잡한 단계(이는 대개 현저하게 더 많은 단계를 필요로 하며 단지 보다 큰 구역으로 어렵게 전달 가능할 뿐이다)의 필요 없이 획득할 수 있다. 상기 주형의 생성도 또한 보다 간단하다. 보다 부드러운 물질(통상적인 생성 방법에서는 사용될 수 없다)을 또한 사용할 수 있다.
상기 주형의 사용으로 인해, 본 발명에 따른 방법은 또한, 특히 높은 종횡비, 예를 들어 3 초과의 종횡비를 갖는 돌기부의 생성을 허용한다. 주형 없이 돌기부를 변형시키는 방법에서, 상기 돌기부의 붕괴 없이 상기 방법은 가능하지 않다. 이와 별개로, 본 발명에 따른 방법에서 다수의 상이한 물질들을 서로 조합할 수 있다. 따라서 실리콘 및 폴리우레탄 아크릴레이트로 제조된 복합 돌기부가 또한 가능하다.
본 발명은 또한, 먼저 보다 높은 탄성 모듈러스를 갖는, 바람직하게는 돌기부가 위치한 기부층의 일부를 갖는 영역을 적합한 모양의 금형으로 생성시키는, 본 발명에 따른 돌기부의 생성 방법에 관한 것이며, 여기에서 상기 금형은 또한 후속 계면의 기하학적 형태를 결정한다. 이어서 상기 성형된 스템을 추가의 금형으로 전달하며, 상기 금형은 상기 도입된 스템과 함께 다음 영역에 적합한 공동을 형성시킨다. 이 후에, 상기 다음 영역을 위한 물질을 상기 공동에 도입시킨다. 그 결과, 목적하는 기하학적 형태의 계면이 정확하게 형성된다. 상기 단계를 또한 추가의 영역들을 형성시키기 위해서 수회 반복할 수 있다. 마지막 단계에서, 일관된 접촉 구역을 획득하기 위해서 과잉의 물질을 제거할 필요가 있을 수 있다. 이와 별개로, 상기 물질에 따라, 상기 방법은 또한 건조 및 경화 단계(예를 들어 화학적 또는 물리적)를 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 2개의 바디의 조합에 관한 것이며, 여기에서 계면은 본 발명에 따른 구조화된 표면을 갖는다.
본 발명의 구조화된 표면은 거칠고 부드러운 표면들에 특히 적합하다. 이들은 특히 천연 표면, 예를 들어 피부이다.
추가의 상세한 내용 및 특징들을 하위 청구항들과 함께 하기 바람직한 실행 실시예의 개시로부터 나타낸다. 여기에서, 각각의 특징을 단독으로 또는 다수로서 서로 함께 실행할 수 있다. 상기 문제점을 해결할 가능성은 상기 실행 실시예들로 제한되지 않는다. 따라서, 예를 들어 범위의 진술은 항상 전부(언급되지 않더라도), 중간값 및 모든 있을 법한 부분 구간들을 포함한다.
실행 실시예들을 도면에서 도식적으로 나타낸다. 이들에서, 개별적인 도면 중의 동일한 참조부호들은 동일하거나 또는 기능상 유사한 요소 또는 그들의 기능이 서로 상응하는 것들을 가리킨다. 구체적으로 이들은 하기를 나타낸다:
도 1 본 발명의 실시태양;
도 2 본 발명의 추가의 실시태양;
도 3 돌기부의 다양한 실시태양의 도식적 표현;
도 4 표면과 접촉하는 다양한 기하학적 형태의 상 경계를 갖는 돌기부의 도식적 표현; 평면 계면(좌측), 및 곡선 계면(R=D; 중간 및 R=D/2 우측)을 갖는 복합 필러. R은 컬럼 필러의 반경이고; D는 직경을 나타내고; L은 전체 높이이고, L1 및 L2는 보다 경성 영역(#1) 및 보다 연성 영역(#2)의 높이들이고; 상기 복합 필러는 경성 기재상에서 단부면과 고착하고 인장력 σA은 자유 단부상에서 작용하며; 당기는(pulling off) 동안 상기 복합 필러 및 기재의 접촉 구역을 따르는 수직 응력(인장 응력)이 계산된다;
도 5 인장력 σA에 대해 표준화된, 돌기부/기재 계면을 따르는 수직 응력 σ22;
도 6 평면 계면을 갖는 복합 필러의 분석 (a) 복합 필러의 보다 강성/상부 및 보다 연성/하부 부분의 탄성 모듈러스 비 E1/E2, 및 L2/L=0.05의 정수비의 상이한 조합에 대한 상기 복합 필러/기재 접촉 구역을 따르는 인장 응력 σ22; (b) 전체 높이 L에 대해 표준화된 상기 보다 연성 영역의 두께 L2 및 정수비 E1/E2=1000000의 상이한 조합에 대한 상기 복합 필러/기재 접촉 구역을 따르는 인장 응력 σ22; (c) 높이의 비 L2/L 및 탄성 모듈러스 비 E1/E2의 다양한 조합에 대한 복합 필러의 보정 계수; 대시선은 참조 샘플("직선 펀치")에 대한 결과를 나타낸다;
도 7 상이한 계면 기하학적 형태, E1/E2 = 1000 및 a) 0.25 및 b) 0.05의 L2/L 비를 갖는 복합 필러에 대한, 상기 복합 필러/기재 접촉 구역을 따르는 인장 응력 σ22; 대시선은 참조 샘플("직선 펀치")을 나타낸다;
도 8 a) 평면 계면; b) 직경 D와 동등한 반경 R(R=D)으로 굽은; c) 상기 직경 D의 절반(R=D/2)을 갖는 복합 필러의 표준화된 고착 강도에 대한 탄성 모듈러스의 비의 영향; 대시선은 참조 샘플을 나타내고; 탄성 모듈러스들의 상이한 비는 E1/E2=2 (원); E1/E2=10 (삼각형); E1/E2=100 (사각형); E1/E2=1000 (마름모); E1/E2=1000000 (별모양)이다;
도 9 a) 평면 계면 및 c) 탄성 모듈러스 비 E1/E2=2 및 350을 갖는 굽은 계면을 갖는 복합 필러에 대한 실험 및 계산 결과의 고착 강도(SI/S펀치)의 비교; FEM 결과는 선으로 나타낸다; 참조 샘플(대시선); E1/E2=2를 갖는 복합 필러(대시-점선); E1/E2=350을 갖는 복합 필러(실선); 상기 실험 결과를 하기의 기호들로 표시한다; E1/E2=2 (원); E1/E2=350 (별모양; 여기에서 색칠 된 별모양 및 빈 별모양은 각각 당김력 및 당김 개시시의 힘을 나타낸다); 화살표는 상기 2개의 힘이 서로로부터 현저하게 벗어나는 때를 가리킨다);
도 10 구조화된 표면의 생성의 도식적 표현;
도 11 본 발명의 실시태양들의 생성의 도식적 표현;
도 12 본 발명에 따른 돌기부의 생성을 위한 또 다른 방법의 도식적 표현;
도 13 1차 성형 후 생성된 돌기부의 사진(상기) 및 본 발명에 따른 돌기부 중의 계면의 사진;
도 14 고착 측정 중 응력-변형 곡선의 표현;
도 15 판유리 기재에 대한 다양한 돌기부의 고착 측정;
도 16 매끄럽고(색칠 된 기호) 거친 기재(색칠 되지 않은 기호)들상에 폴리우레탄의 돌기부를 갖는 참조 샘플의 고착 측정; 유지 시간의 변화 0 내지 120s;
도 17 a) 및 b) 매끄러운 기재 및 c) 및 d) 거친 기재상의; 다양한 두께의 상부 영역 L2 및 다양한 기하학적 형태의 상 경계 a) 및 c) 평면; 및 b) 및 d) 반구형 곡선; E1/E2=2(원)을 갖는 복합 필러; E1/E2=350(별모양)을 갖는 복합 필러; 접촉력 50 mN(실선) 및 150 mN(대시선)을 갖는 복합 돌기부에 대한 고착 측정;
도 18 속도 2 ㎛/s로 측정된 탈착 패턴(균열 패턴)의 광학 현미경사진; a) 매우 두꺼운 연성 팁을 갖는 돌기부; b) 굽은 계면 및 얇은 팁을 갖는 돌기부; c) 평면 계면 및 얇은 팁을 갖는 돌기부;
도 19 매끄러운(좌측) 및 거친(우측) 표면상에서 PU 참조와 비교된 E1/E2=2를 갖는 복합 돌기부에 대한 표준화된 고착 매개변수들; (a) 고착 응력 σadh; (b) 최대 응력 εmax 및 (c) 고착 에너지 Wadh; 상기 값들을 0 내지 120 s의 접촉 시간 동안 측정하였다;
도 20 기재(하부 반원)와 돌기부(상부) 사이의 접촉 구역의 테두리로부터 시작하는, 작은 탈착의 도식적 표현.
도 1은 본 발명에 따른 돌기부(100)를 관통하는 단면을 도시한다. 상기 돌기부는 보다 낮은 탄성 모듈러스를 갖는 영역(130)(단부면(120)을 포함한다), 및 보다 높은 탄성 모듈러스를 갖는 영역(150)을 포함한다. 상기 두 영역은 상 경계(140)(이 실시태양에서 곡선을 갖는다)에서 서로 인접한다. 상기 돌기부는 표면(160)상에 위치한다. 상기 돌기부가 위치한 상기 표면을 또한 배면층 또는 배층으로서 나타낼 수 있다.
도 2는 돌기부(100)를 관통하는 단면으로서 본 발명의 추가의 실시태양들을 도시한다. 상기 각각의 돌기부는 보다 낮은 탄성 모듈러스를 갖는 영역(130)(단부면(120)을 포함한다), 및 보다 높은 탄성 모듈러스를 갖는 영역(150)을 포함한다. 상기 두 영역은 상 경계(140)(이 실시태양에서 곡선을 갖는다)에서 서로 인접한다. 모든 돌기부는 표면(160)상에 위치한다. 상기 실시태양들은 상 경계의 곡률 및 상기 두 영역의 비가 서로 상이하다. 2개의 우측 실시태양에서 상기 영역(150)은 상기 영역(130)보다 현저하게 더 크다. 결과적으로, 상기 돌기부들 자체는 현저하게 더 경성이나, 상기 영역(130) 때문에 양호한 고착 성질을 유지한다.
도 3은 돌기부의 실시태양들의 도식적 표현을 도시한다. 돌기부(500)는 단부면(502) 및 기부 구역(504)을 포함한다. 상기 단부면(502) 및 기부 구역(504)을 측면도(좌측) 및 평면도(우측)로 도시한다. 검은색 구역(506)은 기부 구역(504)상의 상기 단부면(502)의 수직 돌기부의 중복 영역을 나타낸다. 상기는 구역들과 일치하거나(a) 또는 넓어진 단부면(b) 및 (c)의 경우에 상기 단부면(502)내에 놓인다. 상기 단부면상의 중복 영역(506)의 돌기부에 의해 경계를 이루는 바디(508)를 대시선으로 나타낸다. 모든 돌기부에 대해서, 상기는 돌기부내에 놓이며, 이때 경우 a)에서 상기 돌기부 자체와 일치한다. 따라서 또한 공유된 외부 구역을 포함한다.
도 4는 다양한 기하학적 형태의 상 경계에 대해 시뮬레이션된, 돌기부의 도식적 표현을 도시한다. 상기 돌기부를 단면으로서 도시하며 상기는 원형 대칭이다. 상기는 직경 D 및 높이 L을 갖는다. 대칭축을 대시선에 의해 나타낸다. 상 경계(140)는 평면(좌측) 또는 구형으로 굽었으며, 여기에서 상기는 상기 돌기부의 종방향에서 최대이다. 상기 상 경계의 곡선의 반경은 D(가운데) 또는 D/2(우측)이다. 높이 L1은 상기 돌기부의 발로부터 상기 상 경계의 최대까지의 수직 높이를 가리키고, 높이 L2는 상기 상 경계의 최대로부터 측정된 돌기부의 단부면까지의 수직 높이를 가리킨다. 상기 돌기부의 단부면(120)은 기재 표면(170)과 접촉하고 있다. 상기 높이 L1의 영역에 강성 물질이 위치하고, 상기 높이 L2의 영역에 연성 물질이 위치한다. 시뮬레이션에서, 표면(170)은 강성으로서 시뮬레이션된다.
상기 시뮬레이션에서, 인장력 σA을 상기 돌기부의 자유 단부상에 적용하였다. 상기 돌기부내 인장 응력의 분포는 L1 및 L2가 변할 때 크게 변한다. 단일 응력장이 상기 돌기부의 테두리 및 경성 표면(170)에 가깝게 발생한다. 생성되는 테두리 특이점은 형태 Hnrλn-1(여기에서 H 및 λ-1은 인장 강도 및 응력 특이점의 정도이다)를 갖는다. n = 1, 2는 돌기부 및 표면에 상응한다. r은 상기 테두리로부터의 거리이다.
상기 응력 분포는 L1 및 L2의 다양한 비에 대해서 시뮬레이션되었으며, 이러는 동안 높이 L = L1+L2은 일정하게 유지되었다. 비 L/D는 2였다. 상기 시뮬레이션 소프트웨어로서, 아바쿠스(Abaqus)(시뮬리아(Simulia))가 사용되었다. 보다 높은 탄성 모듈러스를 갖는 영역의 경우, 1.3 GPa가 선택되었고 보다 낮은 탄성 모듈러스를 갖는 영역의 경우는 2 MPa가 선택되었다. 인장력 σA에 대해 표준화된 상기 생성된 수직응력 σ22를 도 5에 도시한다. "복합"은 L2/L이 0.05인 응력 분포이다. 참조는 곡선 없이 평면 단부면을 갖는 물질로 이루어진 선형 돌기부이다.
상기 시뮬레이션은 상기 단부면/표면 계면을 따라 있는 응력 분포를 나타낸다. 큰 높이 L2에 대해서 돌기부의 외부 테두리의 응력은 매우 높다. 이는 탈착 과정 동안 상기 돌기부의 외부 테두리에서 균열 형성을 촉진한다. 감소하는 높이 L2에 따라 상기 돌기부의 외부 테두리에서의 응력은 감소하며 중심에서의 응력은 동시에 증가한다. 매우 작은 높이 L2에 대해서 상기 테두리 및 중심에서의 응력은 거의 같은 크기를 가지며, 이는 상기 중심에서의 균열 형성을 촉진한다. 이러한 결과는 고착 응력이, 감소하는 층 두께 L2에 따라 증가함을 가리킨다.
도 6 내지 9는 추가의 시뮬레이션 및 실험 결과를 도시한다. 이들 도면에서, 도 12 및 13의 개시에 상응하는 복합 필러가 사용되었다. 상기 도면들의 개시에, 도 12의 표시법이 상응하게 사용되었다.
상기 시뮬레이션의 경우, 접촉 구역을 따라 결함 없이 경성 기재상의 직경 D 및 길이 L을 갖는 컬럼 돌기부를 가정하였다. 상기 돌기부는 등방성으로 탄성이며 비압축성 고체 바디로서 가정된다. 인장응력 σA는 자유 단부상에서 작용하며, 이는 상기 돌기부/기재 계면에서 응력 특이점을 생성시킨다. "모서리 특이점" 방법을 취하였으며 문헌[Akisanya, A.R., Fleck, N.A., 1997. Interfacial cracking from the free edge of a long bi-material strip. International Journal of Solids and Structures 34, 1645-1665]; 및 문헌[Khaderi, S.N., Fleck, N.A., Arzt, E., McMeeking, R.M., 2015. Detachment of an adhered micropillar from a dissimilar substrate. Journal of the Mechanics and Physics of Solids 75, 159-183]으로부터 적합하게 개조하였다. 상기 점근적 수직응력 σ22 및 전단응력(σ12)에 대한 상기 특이점 조건을 하기 수학식 1 및 2에 나타낸다:
[수학식 1]
Figure 112017094652570-pct00001
[수학식 2]
Figure 112017094652570-pct00002
상기 식들에서, r은 돌기부의 테두리로부터의 거리이다. 방향 X1 및 X2는 도 4에 나타나있다. 여기에서 표현 H1은 직경 D, 인장응력 σA 및 보정계수
Figure 112017094652570-pct00003
에 의존적이며 하기와 같이 작성될 수 있다:
[수학식 3]
Figure 112017094652570-pct00004
선형 돌기부(직선 펀치)에 대한 보정계수는 3-차원 축대칭 연신율에 대해서 a1 = 0.278이다(Khaderi, S.N., Fleck, N.A., Arzt, E., McMeeking, R.M., 2015. Detachment of an adhered micropillar from a dissimilar substrate. Journal of the Mechanics and Physics of Solids 75. 159-183). 따라서 상기 표준화된 점근적 수직 및 전단응력에 대한 해법은 하기와 같다:
Figure 112017094652570-pct00005
및
Figure 112017094652570-pct00006
필러의 고착 길이를 예측하기 위해서, 길이 l의 균열(탈착)이 접촉 구역의 테두리에서 가정되었으며(도 20), 여기에서 "모서리 특이점"이 탈착 양상을 결정한다. 균열 팁(균열)에서의 응력 분포를 하기에 의해 개시할 수 있다:
[수학식 4]
Figure 112017094652570-pct00007
및
Figure 112017094652570-pct00008
여기에서, ζ는 상기 균열 팁 또는 상기 탈착 테두리로부터의 거리이다. 도식적 표현을 상기 테두리에서 시작하는 탈착 및 길이 l과 함께 도 20에 도시한다. 모드 I 및 모드 II 응력 강도 인자, KI 및 KII는 하기와 같이 주어진다:
[수학식 5]
Figure 112017094652570-pct00009
[수학식 6]
Figure 112017094652570-pct00010
상기 탈착 동안의 에너지 방출률은 하기와 같다:
[수학식 7]
Figure 112017094652570-pct00011
여기에서, E 탄성 모듈러스 및 υ 횡방향 신장수(푸아송비)는 0.5이며, 이는 비압축성에 상응한다. 탈착이 발생하는 경우, 상기 에너지 방출률은 고착 에너지, W와 균등할 것임이 틀림없다. 복합 필러 SI의 고착 에너지를 하기와 같이 나타낼 수 있다:
[수학식 8]
Figure 112017094652570-pct00012
동일한 초기 탈착 길이(균열 길이, l)를 가정하여 고착 강도를 선형 돌기부(직선 펀치)의 고착 강도 S펀치로 나눔으로써 상기 고착 강도를 표준화할 수 있다:
[수학식 9]
Figure 112017094652570-pct00013
상기 고착 강도를 수학식 9로 계산할 수 있다.
상기 계면의 기하학적 형태의 영향을 연구하기 위해서, 다양한 계면 기하학(도 4) 및 균일한 돌기부를 연구하였다. 상기 계산을 3차원 축대칭적으로 수행하였다. 각각의 계면 기하학적 형태에 대해서, 2개 영역의 6개의 상이한 비(L2/L=0.25, 0.20, 0.15, 0.10, 0.05 및 0.005) 및 탄성 모듈러스의 5개의 비(E1/E2 =2, 10, 102, 103 및 106)를 연구하였다.
상기 계산된 결과들을 비교할 수 있기 위해서, PEGdma (350 MPa)/PU (900 kPa) 및 PDMS (2 MPa)/PU (900 kPa) 및 단지 PU(직선 펀치 참조 샘플)의 복합 필러들을 이후에 개시하는 실험들과 유사하게 생성시켰다. 상기 방법에 따라, 다양한 두께의 상부 영역과 함께 2 ㎜의 직경 및 약 4 ㎜의 높이를 갖는 도 12에 상응하는 돌기부를 생성시켰다. 상기 돌기부는 평면 상 경계 또는 구형으로 굽은(R=D/2) 상 경계를 가질 수 있었다.
상기 고착 실험을 표면으로서 유리 기재와 함께 5 ㎛/s의 속도로 수행하였다. 상기 표면과 접촉 후에, 샘플을 예비하중이 획득될 때까지 표면을 향해 수직으로 이동시키고 이어서 완전히 탈착될 때까지 상기 표면으로부터 다시 멀리 이동시켰다(도 14). 상기에 필요한 당김력은 완전한 탈착에 필요한 힘이다. 그러나, 상기 접촉 구역의 1차 탈착을 획득하기 위해서 일정한 힘이 또한 필요하다. 여기에 필요한 힘이 또한 연구되었다.
각각의 샘플에 대해서, 상기 예비하중을 40에서 150 mN으로 단계적으로 증가시켰으며, 획득된 모든 당김력을 모든 예비하중에 대해서 평균하였다. 상기 고착 측정을 상기 기재의 2개 위치상에서 수행하였다.
평면 상 경계를 갖는, 즉 상기 접촉 구역에 평행하고 복합 필러의 중심축에 수직인 상기 복합 필러에 대한 계산 결과를 도 6에 도시한다. 여기에서 도 6a)는 일정한 두께의 상부 영역(L2/L=0.05)에서의 탄성 모듈러스의 비의 영향을 도시한다. 인장응력에 대해 표준화된, 상기 복합 필러/기재 계면을 따르는 수직응력(σ22/σA)을 상기 테두리까지 표준화된 거리(r/D)에 대해 플롯팅한다. 1에서 106으로의 E1/E2의 증가는 상기 테두리에서의 수직응력의 감소를 유도하는 동시에, 상기 필러 중심의 응력값은 일부 L2/L 비의 경우 증가하고 최종적으로 약 0.3의 최대값에 도달하는 것으로 관찰된다. 1000의 비(E1/E2) 이상에서, 0.25 내지 0.05의 L2/L 비를 갖는 복합 필러에 대한 응력 양상은 변하지만, 상기 테두리에서의 응력은 E1/E2 = 106 및 L2/L = 0.005의 비를 갖는 복합 필러의 경우 여전히 추가로 감소한다. 통상적인 돌기부(대시선으로서 도시된)에 대한 해법과 비교하여, 모든 복합 필러는 중심에서의 보다 높은 응력의 대가로, 상기 테두리에서 보다 낮은 응력을 나타낸다. 도 6b)는 E1/E2 = 106의 정수비에 대한 연성 물질의 두께 L2의 영향을 도시한다. 상기 두께 L2는 상기 계산된 응력 분포에 대해 큰 영향을 미치는 것으로 관찰된다. 보다 낮은 두께는 약 0.3의 값에 도달할 때까지 상기 테두리에서의 응력을 보다 현저하게 감소시키고, 상기 중심에서의 응력을 증가시킨다. 도 6a) 및 b)로부터의 결과를, E1/E2 및 L2/L의 다양한 조합들에 대한 보정 계수
Figure 112017094652570-pct00014
를 찾기 위해서 수학식 3으로부터의 점근적 응력 해법에 대입하였다. 결과를 도 6c)에 도시한다.
곡선 계면(R = D 및 R = D/2)을 갖는 복합 필러에 대해서, 도 7은 L2/L = 0.25 및 L2/L = 0.05와 함께 E1/E2 = 1000의 비에 대한 결과를 도시한다. L2/L = 0.25의 비의 경우, 상 경계의 영향은 거의 검출할 수 없는 것으로 밝혀졌다(도 7a)). L2/L = 0.05의 경우, 즉 보다 얇은 팁의 경우, 상기 상 경계의 기하학적 형태는 상기 계면을 따라 있는 응력 분포의 형태 및 높이에 매우 현저한 영향을 미친다(도 7b)). 상기 구형으로 굽은 계면의 반경이 증가하는 경우, 중심에서의 응력이 증가한다. 상기 테두리까지의 모든 곡선의 기울기는 동일하지만, 중심을 향해서는 현저히 상이하게 상승한다. 상기 테두리에서의 응력은 평면 상 경계의 경우 최저이며, 이 때문에 여기에서 상기 굽은 상 경계와 비교하여 보다 큰 고착 응력이 측정되었다.
상기 복합 필러의 고착 응력 SI를 수학식 8에 의해 계산하고 수학식 9에 의해 참조의 고착 응력에 대해 표준화할 수 있다. 다양한 복합 필러에 대한 결과를 도 9에 도시한다.
상기 접촉 구역을 따라 있는 응력 분포를 직접 실험적으로 입수할 수 없지만, 상기 고착 응력을, 상기 당김력을 접촉 구역으로 나누어 계산할 수 있다. 상기 시뮬레이션을 보충하기 위해서, 앞서 개시된 돌기부의 고착(평면 및 굽은(R = D/2) 상 경계를 갖는 참조 샘플 및 복합 필러, 각각의 경우에 2개의 비는 각각 E1/E2 = 2 및 350)을 연구하였다.
상기 값들을 계산과 함께 도 9에 나타낸다. 상기 복합 필러의 당김력은 대체로 참조 샘플의 경우보다 더 컸다. 상기 상 경계의 2개의 상이한 기하학적 형태에 대해서, 측정된 고착 응력은 감소하는 L2/L 비(E1/E2=350의 경우 L2/L >0.06 및 E1/E2=2의 경우 L2/L >0.03)에 따라 증가하였다. 이러한 비에 대해서, 평면 상 경계를 갖는 복합 필러의 고착은 반구형으로 굽은 상 경계를 갖는 복합 필러보다 더 높았다. 이러한 비의 경우, 상기 접촉 구역의 탈착은 항상 테두리에서 시작되었으며 신속한 완전 탈착을 야기하였다(도 18). 따라서 탈착의 개시를 위한 힘과 완전 탈착을 위한 힘에서 차이를 검출할 수 없었다. 보다 작은 L2/L 비를 갖는 보다 얇은 팁의 경우, 상이한 탈착 기전이 관찰되었으며, 이는 특히 상기 계면의 기하학적 형태에 의존한다. 일정한 비(탄성 모듈러스의 비에 의존한다) 이하의 평면 계면(도 18c))의 경우, 상기 고착력의 감소가 관찰되었다. 이 경우에, 상기 테두리에서의 단일 탈착 대신에, 이제 다수의 탈착이 상기 테두리에서 동시에 형성되며, 이는 손가락처럼 안쪽으로 빠르게 확산된다. 굽은 계면 및 작은 L2/L 비를 갖는 복합 필러의 경우(도 18b)), 추가의 탈착 기전이 관찰되었다. 여기에서, 상기 탈착은 상기 접촉 구역의 중심에서 시작되며 단지 천천히, 약 0.6 D의 임계 직경까지 증가한다. 이어서 완전한 탈착만이 일어난다. 따라서 도 9b)의 화살표에 의해 도시된 바와 같이, 상기 복합 필러에 대해서, 상기 탈착의 개시에 필요한 힘에 비해 보다 높은 당김력을 관찰할 수 있었다.
상기 기전과 관계없이, 복합 필러는 평면 계면을 갖는 복합 필러와 달리, 감소하는 L2/L 비에 따라 꾸준한 고착의 증가를 보인다. 상기 결과는 매우 얇은 팁을 제외하고, 상기 시뮬레이션과 양호한 일치를 보이며, 이는 아마도 사용된 수학적 모델이 테두리에서의 탈착의 개시를 가정하기 때문이다.
상기 결과로부터 출발하여, 1000 초과의 탄성 모듈러스의 비가 임의의 추가적인 고착의 증가를 발생시키지 않음을 상기로부터 추정할 수 있다. 상기 L2/L 비의 감소는 대체로, 마치 상기 탄성 모듈러스의 비(E1/E2)의 증가처럼, 상기 고착의 증가를 유도한다.
도 10은 본 발명에 따른 구조화된 표면의 생성 방법의 도식적 표현을 도시한다. 시퀀스 A는 단부면의 영역에 대한 조성물을 함유하는 제조된 주형의 생성을 도시한다. 시퀀스 B는 상기 구조화된 표면의 제작을 도시한다.
먼저 상기 구조화된 표면을 성형하기 위한 주형(300)을 제공한다. 바람직하게 상기 주형은 불활성화된, 바람직하게는 플루오르화된 또는 퍼플루오르화된 표면을 갖는다. 따라서 상기는 예를 들어 퍼플루오르화된 폴리에테르(PFPE)로 이루어진다. 상기 주형을 상응하는 규소 마스터 구조의 성형에 의해 수득할 수 있다.
낮은 탄성 모듈러스를 갖는 영역에 대한 물질을 포함하는 조성물(310) 또는 그의 전구체를 포함하는 조성물을 상기 주형의 개구내에 충전시킨다. 일정한 부피를 충전하기 위해서, 상기 개구를 완전히 충전시키고 이어서 과잉의 조성물을 스트립퍼 또는 닥터 블레이드(320)로 떼어낼 수 있다. 상기 조성물은 바람직하게는 적어도 하나의 용매를 포함하며, 상기 용매는 다음 단계에서 바람직하게는 증발에 의해, 예를 들어 진공하에서 제거된다. 상기 조성물은 액체이므로, 메니스커스가 형성되며 따라서 상기 주형의 개구에서 상기 조성물의 표면의 곡선이 형성된다.
상기 조성물은 예를 들어 단량체, 예를 들어 실리콘의 전구체의 용액일 수 있다. 상기는 또한 가교결합성 폴리우레탄, 예를 들어 폴리우레탄 (메트)아크릴레이트의 용액일 수 있다. 용매로서, 휘발성 유기 용매, 예를 들어 저급 알콜, 에테르, 에스테르 또는 알칸이 특히 가능하다.
임의로, 상기 조성물을 또한 추가로 경화시킬 수 있다. 상기 용매의 제거 및/또는 경화로 인한 상기 도입된 조성물의 부피의 감소를 통해, 상기 주형 중의 개구의 바닥상에 건조된/경화된 조성물(330)이 수득된다.
상기 사용된 조성물에 따라, 상기 경화는 가열 및/또는 조사에 의해 발생할 수 있다.
상기와 같이 처리된 주형은 단지 상기 구조화된 표면의 성형을 위한 용기로서 작용하며, 여기에서 상기 용기 중에 이미 존재하는 조성물은 다른 영역에 대한 다른 조성물과 결합한다. 이를 위해서, 보다 높은 탄성 모듈러스를 갖는 영역의 형성을 위한 물질 또는 그의 전구체를 포함하는 조성물(340)을 상기 주형에 대한 대응부(350)상에 적용하고 이어서 상기 성형을 위한 주형과 접촉시킨다. 이 후에, 상기 조성물을 경화시킨다. 이는 또한 다른 영역들의 경화를 포함할 수 있다. 다수의 경화 단계를 또한 수행할 수 있다. 보다 높은 탄성 모듈러스를 갖는 경화된 조성물이 수득된다. 상기 다이어그램에서, 돌기부가 위치하는 배면층이 또한 동일한 물질에 의해 동시에 형성된다. 상기 주형으로부터의 제거 후에, 본 발명에 따른 구조화된 표면(370)이 획득된다.
도 11은 본 발명의 실시태양들의 생성 방법을 도시한다. 시퀀스 A에서, 넓어진 단부면의 생성을 도시한다. 시퀀스 B는 필름에 의해 가교된 돌기부의 생성을 도시한다.
넓어진 단부면의 생성을 위해서, 상기 넓어진 단부면을 위한 물질의 조성물의 필름(400)을 표면(430)상에 적용한다. 상기 구조화된 표면의 단부면을 상기 액체 필름에 침지시키고 다시 들어올린다. 그 결과, 상기 조성물의 방울(410)이 상기 단부면의 표면상에 형성된다. 상기 넓어진 단부면의 생성을 위해서, 상기 방울을 추가의 표면(460)에 대해 압착시킨다. 이에 의해, 상기 방울의 확장이 발생한다. 상기와 같이 변형된 방울을 경화시킨다. 넓어진 단부면(420)을 갖는 구조화된 표면이 획득된다. 본 발명에 따라, 상기 넓어진 단부면에 대한 물질은 상기 단부면의 물질과 균등하거나 상기 물질보다 더 낮은 탄성 모듈러스를 갖는다.
가교된 돌기부의 생성을 위해서, 경화성 필름(450)을 표면(460)상에 적용한다. 상기 구조화된 주형(370)을 상기 필름내에 상기 단부면으로 침지시키고, 상기 필름을 경화시킨다. 결과적으로, 필름의 형성 및 상기 필름과 상기 구조화된 표면과의 결합이 발생한다. 상기 표면으로부터 탈착 후에, 상기 돌기부가 필름과 가교된 구조화된 표면이 획득된다.
고착 측정
고착 측정을 문헌[Kroner, E.; Blau, J.; Arzt E. An adhesion measurement setup for bioinspired fibrillar surfaces using flat probes. Review of Scientific Instruments 2012, 83]에 따른 장치로 수행하였다. 상기에서, 상기 복합 필러 샘플을 유리 기재상에 적용하고 고정밀의 이동식, 경사조정식 샘플 홀더에 올려놓았다. 힘이 3N 하중 셀(테데아 헌틀레이(Tedea-Huntleigh) 1004, 비샤이 프리시젼 그룹(Vishay Precision Group), 영국 베이싱스토크 소재)에 의해 기록되었다. 상기 하중 셀에는 매끄럽고, 편평하고, 정렬된 유리 시험체(기재)가 구비되어 있다. 각각의 측정 전에, 상기 기재를 에탄올로 닦았다. 프리즘의 도움으로, 상기 샘플과 상기 표면과의 접촉을 관찰하였으며 상기 샘플을 정렬시켰다. 상기 측정을 위해서, 상기 샘플을 상기 기재상으로 5 ㎛/s의 속도로 이동시켰다. 도 14는 상기 힘의 통상적인 측정 과정을 도시한다. 접촉 후에, 소정의(양의) 예비하중(예비하중 응력)을 설정하고 상기 힘을 한정된 시간(유지시간) 동안 유지시켰다. 이 후에, 상기 샘플을 다시 상기 기재로부터 멀리 이동시켰다. 이러는 동안, (음의) 당김응력을 측정하였다. 측정된 최저 응력이 고착응력이다. 모든 측정을 광학 카메라로 모니터하였다.
상기 측정 후에, 상기 샘플을 세로로 절단하고 개별적인 영역의 두께를 광학 현미경(정밀도 +/-30 ㎛)으로 측정하였다.
도 12는 거시적인 돌기부(필러)의 생성을 도시한다. 모든 구조물의 직경은 2 ㎜이고 높이는 약 4 ㎜이며, 따라서 2의 종횡비가 존재한다. 모든 돌기부는 환상 단면을 갖는다. 대칭축을 대시선으로 나타낸다.
먼저, 상기 필러 스템을 PDMS로부터 주조하였다(a). 두 번째 단계 b)에서, 팁을 또 다른 물질로 충전시킨다. 편평한(601) 및 굽은(602) 필러(반경 1 ㎜)에 대해서 상응하는 알루미늄 금형(621,622)을 편평하거나 둥근 드릴로 제조하였다. (상기 금형을, 공동으로부터 구조물의 보다 간단한 제거가 가능하도록 코팅하였다.) 상기 금형들을 제1 예비중합체(610)(여기에서 PDMS 실가드(Sylgard) 184, E 모듈러스 약 2 MPa)로 충전하고 탈기시켰다. 이어서 과잉의 중합체를, 일정한 두께를 갖는 편평한 배층이 가능하도록 레이저 블레이드로 긁어내고, 그 후에 상기 샘플을 30분 동안 핫플레이트상에서 100 ℃에서 가교결합시켰다(630).
다음 단계 b)에서, 앞서 생성된 구조물을, 제2 중합체층의 화학적 부착을 가능하게 하기 위해서 산소 플라스마 중에서 2분 동안 활성화시켰다. 연성 상부층의 적용을 위해서, 높은 합치 정확성의 관통 구멍을 갖는 알루미늄 금형을 사용하였다(641,642). 따라서 상기 편평하거나 둥근 PDMS 스템을 상기 금형내로 압착시키고 약간의 압력으로 상기 배면으로부터 고정시킬 수 있었다. 상이한 두께의 상부층을 상이한 깊이의 알루미늄 금형으로 고정시킬 수 있다. 이러한 예비 실험에서, 세척기(650, 가운데 그림에서 검은색으로 나타냄)를 또한 사용하여 상기 두께를 고정시켰다. 보다 낮은 탄성 모듈러스를 갖는 영역에 대한 예비중합체(660)를 혼합 후 상기 금형에 붓고, 1분 동안 탈기시켰다. 이어서 과잉의 중합체를 레이저 블레이드(670)로 긁어내고, 상기 구조물을 테플론 기재(680)로 덮었다. 2-시간 가교결합(690)을 75 ℃에서 수행한 후에 완성된 필러(691) 및 (692)를 조심스럽게 제거할 수 있었다. 상기 필러/돌기부는 높은 탄성 모듈러스(697)를 갖는 영역 및 보다 낮은 탄성 모듈러스를 갖는 영역(695)을 가지며, 이들은 서로 인접하고 상응하는 상 경계(696)를 갖는다. 상기는, 돌기부(692)의 경우에서와 같이, 굽을 수 있다. 도 13은 생성된 돌기부 및 계면의 사진을 도시한다.
도 15는 판유리 기재에 대한 상기 생성된 돌기부에 대해 측정된 고착력을 도시한다. 참조로서, 순수한 PDMS의 돌기부가 사용되었다. 250 kPa(P1, P2, P3) 및 900 kPa(P3, P4, P5)의 보다 낮은 탄성 모듈러스를 갖는 영역을 갖는 돌기부가 생성되었다. 높은 탄성 모듈러스를 갖는 영역은 항상 PDMS(2 MPa)이었다. 상기 낮은 탄성 모듈러스를 갖는 영역에 대한 물질로서 적합한 폴리우레탄이 사용되었다. 샘플 P3 및 P5는 단부면에 평행한 2개 영역의 상 경계를 갖는다. 샘플 P1 및 P2, 및 P3 및 P4는 각각 낮은 탄성 모듈러스를 갖는 영역의 두께가 상이하다. 보다 낮은 두께를 갖는 돌기부가 개선된 고착을 갖는 것으로 밝혀졌다. 상기에 의해 명백하게 상기 고착에 대한 상기 굽은 상 경계의 양의 효과가 더 강하다.
매끄럽거나 거친 표면을 갖는 샘플들에 대해서, 2개의 영역, 즉 낮은 조도(Ra = 0.006 ㎛ 및 Rz = 0.041 ㎛)를 갖는 영역 및 보다 높은 조도(Ra = 0.271 ㎛ 및 Rz = 2.174 ㎛)를 갖는 영역을 갖는 유리 기재가 사용되었다. 비교 측정에서, 이들 영역을 각각 매끄럽거나 거친 표면으로서 표시한다. 각각의 측정 전에, 상기 기재를 에탄올로 닦았다.
도 9, 및 17 내지 19의 측정을 위한 샘플에 대해서, 하기의 물질들이 사용되었다:
폴리거스 74-41(PU, 폴리콘폼(PolyConForm) GmbH, 독일 뒤셀도르프 소재)은 동량으로 첨가되는 2개의 성분 A 및 B로부터 생성되는 2-성분 폴리우레탄이다. 예비중합체 용액을 진공하에 스피드믹서(SpeedMixer)(DAC600.2 VAC-P, 하우스칠드 엔지니어링(Hauschild Engineering), 독일 햄 소재)에서 2000 rpm으로 2분 동안 혼합한다. 상기 수득된 중합체는 약 900 kPa의 탄성 모듈러스를 갖는다.
폴리디메틸실록산(PDMS, 실가드 184, 다우 코닝(Dow Corning), 미국 미시간주 미들랜드 소재)을 10부(중량) 베이스 용액 및 1부 가교결합제의 혼합 비로 사용하였다. 상기 예비중합체 용액을 진공하에 스피드믹서에서 2000 rpm으로 5분 동안 탈기시켰다. 상기 PDMS는 약 2 MPa의 탄성 모듈러스를 갖는다.
200 g/mol의 평균 분자량을 갖는 폴리(에틸렌 글리콜) 디메트아크릴레이트(PEGdma)(시그마 알드리치(Sigma-Aldrich), 미국 미주리주 세인트 루이스 소재)를 광개시제 2-하이드록시-2-메틸-프로피오페논(시그마 알드리치, 미국 미주리주 세인트 루이스 소재)과 혼합하였다. 여기에, PU와 PEGdma간의 결합을 증가시키기 위해서, 2-아미노에틸 메트아크릴레이트 하이드로클로라이드(1 중량%, 시그마 알드리치, 미국 미주리주 세인트 루이스 소재)를 가하였다. 상기 수득된 중합체는 약 350 MPa의 탄성 모듈러스를 갖는다.
상기 미소구조 (microstructure)를 도 12에 따른 방법에 따라 생성시켰다. 첫 번째 단계에서, 복합 필러의 스템을 2개의 사전제작된 알루미늄 금형에서 생성시켰다. 상기 생성된 스템은 2 ㎜의 환상 직경, 4 ㎜의 높이 및 1 ㎜ 두께의 기부층을 갖는다. 돌기부는 편평한 단부면 또는 1 ㎜의 반경을 갖는 구형으로 굽은 단부면을 갖는다.
상기 돌기부의 두 번째 물질에 따라, 상기 생성 공정을 약간 변화시켰다. PDMS의 경우에 예비중합체를 상기 금형에 충전시키고 10분 동안 탈기시키고 핫플레이트상에서 125 ℃에서 20분 동안 경화시켰다. PEG 예비중합체를 상기 금형에 충전시키고, 질소로 20분 동안 처리하고 이어서 UV광으로 300s 동안 경화시켰다(옴니큐어(Omnicure) S1500, 엑셀리타스 테크놀로지스(Excelitas Technologies), 미국 매사추세츠주 월섬 소재).
두 번째 단계에서, 상기 생성된 구조물을 2 ㎜의 반경 및 4 ㎜의 깊이를 갖는 원통형 구멍이 있는 알루미늄 금형에 도입시켰다. 제2 영역, 또는 팁의 상이한 두께들을 획득하기 위해서, 각각 100 ㎛, 300 ㎛ 및 500 ㎛의 두께를 갖는 이격자들을 상기 금형의 밑면에 삽입하였다. 이렇게 하여 상기 이격자들은 기부층과 알루미늄 금형사이에 놓인다. 결과적으로, 상기 복합 필러의 상부 영역이 상응하게 길어진다. PU 예비중합체를 상기 금형 중의 돌기부상에 적용하고 2분 동안 탈기시켰다. 이 후에, 돌출하는 중합체를 레이저 블레이드로 제거하였다. 테플론 필름을 갖는 유리판을 상기 금형의 상면상에 적용하였다. 이 후에, 상기 구조물을 실온에서 적어도 16시간 동안 경화시키고 상기 복합 필러를 상기 금형으로부터 제거하였다.
PDMS의 경우, 상기 두 번째 단계 전에 상기 돌기부의 표면을 2분 동안 산소 플라스마(60% 전력; PICO 플라스마 시스템, 디너 일렉트로닉(Diener electronic), 독일 에브하우젠 소재)로 활성화시켰다. 이는 상기 PDMS와 스템의 PU와의 공유 결합을 허용한다.
도 9, 및 17 내지 19의 측정을 위해서, 하기의 유사한 프로토콜을 사용하였다. 측정하는 동안, 돌기부 및 기재를 갖는 샘플을 최대의 힘까지 서로 이동시켰으며, 예비하중(에비하중 응력; 예비하중력)에 도달하였다. 상기 위치(이동)를 한정된 시간(유지시간) 동안 유지시켰다. 이 후에, 상기 샘플을 다시, 상기 돌기부가 상기 표면으로부터 탈착될 때까지 상기 표면으로부터 멀리 이동시켰다. 각각의 샘플에 대해서, 상기 예비하중은 약 5 단계 후에 40에서 180 mN까지 증가하였다. 더욱이 상기 측정을 상기 샘플의 2개의 상이한 영역(매끄러운 및 거친)에서 수행하였다. 상기 이동 속도는 2에서부터 10 ㎛/s까지 변하였으며 상기 유지시간은 0에서부터 120초까지 변하였다.
상기 매끄럽고 거친 표면상에서의 측정을 위해서, 상기 샘플의 고착응력을, 당김력이 예비하중과 연결되어 있으므로, 50 및 150 mN의 예비하중에 대해서 측정하였다.
상이한 샘플들의 변형 증가(변형률)를 상기 PU 비교 샘플과 비교할 수 있기 위해서, 상기 스템 및 팁의 탄성 모듈러스의 비에 따라 상이한 속도를 비교하였다. PDMS/PU 복합 필러 및 또한 순수한 PU 필러의 경우, 상기 실험을 10 ㎛/s에서 수행한 반면 PEGdma/PU 복합 필러의 경우에는 2 ㎛/s가 선택되었다. 이들 속도는 상기 측정 동안 시간에 따른 상기 변형의 유사한 상승을 유도한다.
상기 기록된 힘/이동 데이터로부터, 상기 샘플의 탈착을 위한 힘(당김력 Fadh)을 계산하였다. 돌기부 A의 접촉 면적 및 팁의 두께 h0를 사용하여, 상기 기록된 다이어그램을 하기의 수학식에 의해 응력-변형 곡선으로 전환시킬 수 있다.
Figure 112017094652570-pct00015
및
Figure 112017094652570-pct00016
여기에서 ε은 연성 영역 중심에서의 연신율이고, d는 이동이고, d0는 힘이 0인 이완 곡선상에서의 이동이고, σ는 가운데에서의 응력이다. 상기 스템의 물질이 상기 팁의 물질보다 훨씬 더 경성이므로, 단순하게 상기 돌기부의 변형은 오직 보다 연성인 팁에서 발생하는 것으로 가정한다. 이와 별개로, 최대 연신율 εmax 및 최대 응력 σmax를 계산하였다. 최종적으로, 이들 데이터로부터 고착 에너지를 계산하였다:
Figure 112017094652570-pct00017
상기 분석된 매개변수와 함께 측정의 일례를 도 14에 도시한다. 완전한 탈착에 대한 응력 및 연신율 σmax 및 εmax 및 곡선의 면적 Wadh를 분석하고 샘플들간에 비교하였다.
도 16은 상이한 조건(예비하중; 표면의 조도 및 유지시간)하에서 폴리우레탄의 참조 샘플의 측정을 도시한다. 상기 다이어그램은 상이한 측정 조건하에서 상기 예비하중의 함수로서 당김력을 나타낸다. PEGdma/PU 및 PDMS/PU 복합체는 각각 350 및 2의 탄성 모듈러스의 비를 갖는다. 상기 영역들의 계면은 평면이거나 굽은(곡률 약 1 ㎜의 반경) 반면, 상기 팁(보다 연성 영역)의 두께는 30 내지 500 ㎛였다. 순수한 PU의 구조를 생성시키고 참조로서 사용하였다. 상기 가교결합 중에, 수축을 통해 상기 면적의 약간의 감소가 발생하였으며, 이는 모든 샘플에 필적하였다. PU 비교 샘플에 대한 기재, 예비하중 및 유지시간의 영향을 도 16에 도시한다. 상기 측정을 10 ㎛/s의 일정한 속도로 수행하였으며, 이때 유지시간은 0 내지 120s로 변하였다.
일반적으로, 매끄러운 표면상에의 고착은 상기 예비하중에 따라 다소 변한다. 거친 표면상에서, 상기 예비하중에 대해 강한 의존성이 존재한다. 매끄러운 표면상에서, 상기 유지시간은 당김력에 단지 약간의 영향을 미친다. 거친 표면상에서 보다 오랜 유지시간은 보다 큰 당김력을 유도한다.
도 17은 상부 영역(팁)의 다양한 두께와 함께 평면 및 굽은 계면을 갖는 복합 돌기부에 대한 고착 측정을 도시한다. 상기 돌기부의 팁 및 스템에 대한 물질의 다양한 조합이 연구되었다: PDMS의 스텝 및 PU의 팁(PDMS/PU); PU의 팁을 갖는 PEGdma의 스템(PEGdma/PU) 및 참조로서 순수한 PU의 돌기부. 모든 측정을 각각 0s 유지시간 및 10 ㎛/s(PU 참조 및 PDMS/PU), 또는 2 ㎛/s(PEGdma/PU)의 속도로 수행하였다. 수평선은 상기 참조 샘플의 평균 고착을 나타낸다. 접촉력은 각각의 경우에 50 mN(실선) 및 150 mN(대시선)로 변한다. 여기에서 a) 및 b)는 매끄러운 표면상에서의 측정을 도시하고 c) 및 d)는 거친 표면상에서의 측정을 도시한다. 평면 상 경계를 갖는 복합 필러의 경우, 매끄러운 표면상에서 당김력은 점점더 얇아지는 팁에 따라 최대로 상승하고 이어서 다시 떨어진다(도 17a)). 거친 표면상에서, 평면 상 경계를 갖는 복합 필러는 상부 영역의 두께의 함수로서 당김력의 현저한 개선을 나타낸다(도 20c)). 굽은 상 경계를 갖는 복합 필러의 경우, 매끄러운 표면상에서 고착 응력은 점점더 얇아지는 팁에 따라 상승하는 것으로 밝혀졌다(도 17b)). 거친 표면상에서, 굽은 상 경계를 갖는 복합 필러는 상부 영역의 두께의 함수로서 당김력의 현저한 개선을 나타낸다(도 20d)). 거친 표면상에서, 상기 고착 응력은 매끄러운 표면상에서보다, 상기 예비하중을 증가시킴으로써 더 강하게 증가된다. 굽은 상 경계를 갖는 복합 필러는 매우 얇은 상부 영역을 갖는 돌기부와의 중심 제1 탈착("중심 균열")을 나타낸다. 매끄러운 표면상에서, 필요 당김력은 상기 상부 영역의 감소하는 두께에 따라 꾸준히 증가한다. 상기 2개의 탄성 모듈러스의 보다 큰 비는 또한 상기 필요 당김력을 증가시킨다. 최저 두께의 경우, 상기 당김력의 3배수를 상기 PU 참조와 비교하여 측정할 수 있었다. 거친 표면상에서, 큰 층 두께는 약간 개선된 고착을 나타낸다. 감소하는 두께에 따라, 상기 당김력은 증가한다. 측정된 가장 얇은 샘플에 대해서, 상기 당김력의 5배 증가를 측정할 수 있었다. 상기 탄성 모듈러스의 보다 작은 비는 보다 양호한 결과를 도출한다.
도 18은 2 ㎛/s의 속도로 측정된, 탈착 패턴(균열 패턴)의 광학 현미경사진을 도시한다. 상기 도면은 상기 표면상의 돌기부의 단부면의 접촉 구역, 및 좌측에서 우측으로 상기 표면으로부터 상기 돌기부의 탈착 발생을 도시한다. 상기 탈착된 영역은 선을 따라 경계를 이룬다. 여기에서 각각의 경우에 각 시리즈의 첫 번째 상은 완전히 접촉된 단부면을 나타낸다. 두 번째 상은 탈착 시작(균열 개시)을 나타내고, 이는 세 번째 사진에서 진행하여(균열 확산) 네 번째 사진에서 완전히 탈착된다(완전한 탈착). 상기 시리즈의 시작으로부터, 각각의 경우에 상기 돌기부의 구조를 다이어그램으로 나타낸다. 시간 진술은 완전한 탈착까지의 시간을 제공한다. 굽은 및 평면 계면을 갖는 보다 두꺼운 상부 영역(팁)을 갖는 돌기부(a)에 도시됨)에 대해서 탈착 시작은 상기 접촉 구역의 테두리에서 발생한다(테두리 균열). 상기 탈착은 낮은 임계 탈착 면적(임계 균열 크기)으로 수초의 규모로 발생한다. 이와 대조적으로, 굽은 계면 및 얇은 상부 영역을 갖는 돌기부(b)에 도시됨)는 상기 접촉 구역의 중심에서 탈착 시작을 나타낸다. 여기에서 완전한 탈착에 약 10초가 걸린다.
평면 계면 및 얇은 팁을 갖는 돌기부(c)에 도시됨)에 대해서, 상기 탈착은 여러 장소에서 동시에 손가락-모양의 탈착된 영역의 형성과 함께 시작된다. 또한 상기 탈착은 약 10초가 걸린다.
전체적으로, 3개의 상이한 탈착 기전을 관찰할 수 있었다. 상기 계면의 모양과 무관하게, 보다 두꺼운 상부 영역을 갖는 돌기부 또는 PU 참조 샘플은 접촉 구역의 테두리(테두리 균열)에서 탈착의 출발을 나타낸다. 여기에서 탈착부는 상기 접촉 구역의 테두리에서 형성되며, 중심 방향으로 성장하고 이어서 자발적인 완전한 탈착에 이른다. 보다 얇은 상부 영역을 갖는 돌기부에 대해서, 상기 기전은 상기 계면의 기하학적 형태에 따라 변한다. 굽은 계면의 경우, 탈착은 처음에 상기 접촉 구역의 가운데에서 발생한다. 환상 탈착부가 자발적으로 형성되며 이어서 증가하는 연신율에 따라 테두리 방향으로 느리게 성장한다. 상기 탈착부의 임계적인 크기에서, 갑착스러운 탈착이 발생한다. 상기 탈착된 면적은, 상기 탈착이 발생하기 전에 여전히 접촉 중인 면적보다 더 클 수 있다. 이와 대조적으로, 편평한 계면 기하 및 낮은 두께의 팁을 갖는 돌기부의 경우, 다수의 손가락-모양의 탈착된 구역이 동시에 형성되고, 이는 완전한 탈착이 발생하기 전에 방사상 내측으로 확장된다.
도 19는 매끄럽고 거친 표면상에서 PU 참조와 비교된 두껍고 얇은 팁 및 평면 및 굽은 상 경계를 갖는 복합 필러의 고착 양상에 대한 개시를 위해서 특징적인 매개변수, 예를 들어 고착응력, σmax, 탈착시까지의 돌기부의 최대 연신율, εmax, 및 고착 에너지 Wadh를 도시한다. 상기 값들을 0 내지 120s의 유지시간 동안 측정하였다. 본 발명에 따른 돌기부, 무엇보다도 얇은 팁을 갖는 돌기부는 모든 매개변수들에 대해서 상기 PU 참조보다 현저하게 더 양호한 것으로 밝혀졌다. 특히, 거친 표면 및 매끄러운 표면상의 고착은 필적할만하다. 상기 나타낸 측정으로부터 이미 명백한 바와 같이, 상기 샘플의 고착 에너지 Wadh 및 또한 고착 응력 σmax는 상기 두 기재 모두에서 PU 참조 샘플의 경우보다 훨씬 더 높다. 더욱이, 상기 고착응력은 상기 두 기재 모두상에서 필적하게 높은 반면, PU 참조 샘플의 경우 대략 절반까지 감소한다(도 19 상부). 상기 성향은 또한 고착 에너지에 대해서도 유사하다. 상기 복합 필러는 상기 PU 참조보다 현저하게 더 양호하고 상기 고착 에너지는 매끄러운 표면상에서보다 거친 표면상에서 심지어 다소 더 높다(도 19 중간). 최대 연신율 εmax도 또한 상기 두 기재 모두상에서 현저하게 더 높다. 이는 상기 복합 필러가 상기 표면상에서 양호한 결합을 나타내고 탈착이 발생하기 전에 현저하게 더 강하게 변형성이지만, 유효 탄성 모듈러스는 상기 돌기부의 현저하게 더 경성인 스템으로 인해 훨씬 더 높음을 나타낸다.
100 돌기부
120 단부면
130 보다 낮은 탄성 모듈러스를 갖는 영역
140 상 경계
150 보다 높은 탄성 모듈러스를 갖는 영역
160 표면/배면층/배층
170 고착을 위한 표면
300 구조화된 표면을 위한 주형
310 보다 낮은 탄성 모듈러스를 갖는 영역에 대한 조성물
320 스트립퍼/닥터 블레이드
330 건조된/경화된 조성물
340 보다 높은 탄성 모듈러스를 갖는 영역에 대한 조성물
350 주형에 대한 대응부
360 경화된 조성물
370 구조화된 표면
400 넓어진 단부면에 대한 조성물의 필름
410 방울
420 넓어진 단부면을 갖는 구조화된 표면
430 표면
440 표면
450 경화성 필름
460 표면
470 필름에 의해 가교된 돌기부를 갖는 구조화된 표면
500 돌기부
502 단부면
504 기부면
506 중복 영역
601 편평한 단부면을 갖는 돌기부
602 굽은 단부면을 갖는 돌기부
610 가교결합성 조성물
621 편평한 단부면을 갖는 돌기부에 대한 금형
622 곡선 단부면을 갖는 돌기부에 대한 금형
630 가교결합
641 관통구멍을 갖는 금형
642 관통구멍을 갖는 금형
650 세척기(두께 약 500 ㎛)
660 가교결합성 조성물
670 레이저 블레이드/닥터 나이프
680 테플론 기재
690 가교결합
691 2개의 영역 및 평면 상 경계를 갖는 돌기부
692 2개의 영역 및 굽은 상 경계를 갖는 돌기부
695 낮은 탄성 모듈러스를 갖는 영역
696 상 경계
697 높은 탄성 모듈러스를 갖는 영역
참조문헌
Bae, W.G., Kim, D., Kwak, M.K., Ha, L., Kang, S.M. & Suh, K.Y. (2013a). Enhanced skin adhesive patch with modulus-tunable composite micropillars. Adv. Healthc. Mater., 2, 109-113
Kroner, E.; Blau, J.; Arzt E. An adhesion measurement setup for bioinspired fibrillar surfaces using flat probes. Review of Scientific Instruments 2012, 83
Akisanya, A.R., Fleck, N.A., 1997. Interfacial cracking from the free edge of a long bi-material strip. International Journal of Solids and Structures 34, 1645-1665
Khaderi, S.N., Fleck, N.A., Arzt, E., McMeeking, R.M., 2015. Detachment of an adhered micropillar from a dissimilar substrate. Journal of the Mechanics and Physics of Solids 75, 159-183

Claims (8)

  1. 고착 성질을 갖는 고체 바디의 구조화된 표면으로서,
    상기 표면이 다수의 돌기부를 포함하는 구조화를 갖고,
    각각의 상기 돌기부가 상기 표면으로부터 떨어진 단부면 포인팅과 함께 적어도 하나의 스템을 가지며,
    상기 스템이 종방향으로, 상이한 탄성 모듈러스를 갖는 적어도 2개의 영역을 포함하고,
    상기 영역 중 적어도 2개는 서로 인접하여, 상기 스템을 가로지르는 상 경계를 형성하며,
    상기 상 경계가 각 돌기부의 상기 단부면에 평행하지 않고, 또한 곡선을 가지며,
    　　상기 각각의 돌기부는 에폭시, 실리콘계 탄성중합체, 폴리우레탄 (메트)아크릴레이트, 폴리우레탄, 실리콘, 실리콘 수지, 또는 고무, 또는 이들의 2종 이상의 혼합물로 구성되어 있는
    것을 특징으로 하는, 구조화된 표면.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌기부가 적어도 3의 종횡비를 가짐을 특징으로 하는,
    구조화된 표면.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌기부가 필름에 의해 연결됨을 특징으로 하는
    구조화된 표면.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 돌기부가 넓어진 단부면을 가짐을 특징으로 하는,
    구조화된 표면.
  5. 고착 성질을 갖는 고체 바디의 구조화된 표면의 생성 방법으로서,
    상기 표면이 다수의 돌기부를 포함하는 구조화를 갖고,
    각각의 상기 돌기부가 상기 표면으로부터 떨어진 단부면 포인팅과 함께 적어도 하나의 스템을 포함하며, 상기 스템이 종방향으로, 보다 낮은 탄성 모듈러스를 갖는 적어도 하나의 영역 및 보다 높은 탄성 모듈러스를 갖는 적어도 하나의 영역을 포함하고,
    상기 영역은 서로 인접하여 상기 스템을 가로지르는 상 경계를 형성하며,
    상기 상 경계가 각 돌기부의 상기 단부면에 평행하지 않고, 또한 곡선을 가지며,
    상기 각각의 돌기부는 에폭시, 실리콘계 탄성중합체, 폴리우레탄 (메트)아크릴레이트, 폴리우레탄, 실리콘, 실리콘 수지, 또는 고무, 또는 이들의 2종 이상의 혼합물로 구성되어 있고,
    하기의 단계들을 포함하는 방법:
    a) 상기 구조화된 표면을 위한 주형을 제공하고;
    b) 상기 표면의 단부면에 대한 물질을 포함하는 조성물을 생성시키고;
    c) 상기 조성물을 상기 주형내에 도입시키고;
    d) 상기 조성물을 임의로 완전히 또는 부분적으로 경화시키고;
    e) 추가의 영역들을 위한 물질을 상기 주형내에 도입시키고;
    f) 상기 조성물 및/또는 모든 조성물을 경화시키고;
    g) 상기 구조화된 표면을 상기 주형으로부터 탈착시킨다.
  6. 2개의 바디의 조합으로서, 계면이 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 청구된 바와 같은 구조화된 표면을 갖는 것인 조합.
  7. 삭제
  8. 삭제
KR1020177027510A 2015-03-17 2016-03-17 복합 필러 구조물 KR102475284B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015103965.6 2015-03-17
DE102015103965.6A DE102015103965A1 (de) 2015-03-17 2015-03-17 Komposit-Pillarstrukturen
PCT/EP2016/055894 WO2016146792A1 (de) 2015-03-17 2016-03-17 Komposit-pillarstrukturen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170129168A KR20170129168A (ko) 2017-11-24
KR102475284B1 true KR102475284B1 (ko) 2022-12-06

Family

ID=55640708

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020177027510A KR102475284B1 (ko) 2015-03-17 2016-03-17 복합 필러 구조물

Country Status (9)

Country Link
US (1) US10351733B2 (ko)
EP (1) EP3271435B1 (ko)
JP (1) JP6951249B2 (ko)
KR (1) KR102475284B1 (ko)
CN (1) CN107532045B (ko)
DE (1) DE102015103965A1 (ko)
DK (1) DK3271435T3 (ko)
ES (1) ES2886565T3 (ko)
WO (1) WO2016146792A1 (ko)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008076391A2 (en) * 2006-12-14 2008-06-26 Carnegie Mellon University Dry adhesives and methods for making dry adhesives
DE102014119470A1 (de) 2014-12-22 2016-06-23 Leibniz-Institut Für Neue Materialien Gemeinnützige Gmbh Strukturierte Oberfläche mit stufenweise schaltbarer Adhäsion
DE102015103965A1 (de) 2015-03-17 2016-09-22 Leibniz-Institut Für Neue Materialien Gemeinnützige Gmbh Komposit-Pillarstrukturen
DE102016113956A1 (de) 2016-07-28 2018-02-01 Leibniz-Institut Für Neue Materialien Gemeinnützige Gmbh Vorrichtung mit einer strukturierten Beschichtung
DE102017131345A1 (de) * 2017-12-27 2019-06-27 Leibniz-Institut Für Neue Materialien Gemeinnützige Gmbh Doppelseitige reversible Haftstruktur
DE102017131344A1 (de) * 2017-12-27 2019-06-27 Leibniz-Institut Für Neue Materialien Gemeinnützige Gmbh Formkörper mit strukturierter Oberfläche zur reversiblen Adhäsion
DE102017131347A1 (de) * 2017-12-27 2019-06-27 Leibniz-Institut Für Neue Materialien Gemeinnützige Gmbh Struktur mit verbesserter Haftung
DE102021103895A1 (de) * 2021-02-18 2022-08-18 Leibniz-Institut Für Neue Materialien Gemeinnützige Gesellschaft Mit Beschränkter Haftung Krafttolerante Struktur
EP4202003A1 (de) * 2021-12-22 2023-06-28 INNOCISE GmbH Formkörper mit gesteuerter ablösung

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002526288A (ja) * 1998-10-05 2002-08-20 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 湿潤および乾燥状態での使用に適した滑り制御物品

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2772302B1 (fr) 1997-12-11 2000-01-21 Essilor Int Procede d'obtention d'une lentille ophtalmique comportant une microstructure utilitaire en surface et lentilles ophtalmiques ainsi obtenues
JP4367980B2 (ja) * 1998-03-11 2009-11-18 株式会社ブリヂストン 空気入りタイヤ
US6737160B1 (en) * 1999-12-20 2004-05-18 The Regents Of The University Of California Adhesive microstructure and method of forming same
DE10223234B4 (de) * 2002-05-24 2005-02-03 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Verfahren zur Herstellung mikrostrukturierter Oberflächen mit gesteigerter Adhäsion und adhäsionssteigernd modifizierte Oberflächen
JP4620558B2 (ja) * 2005-09-26 2011-01-26 利保烙印標企業股▲分▼有限公司 シリコーンゴムの成形方法
WO2007062025A1 (en) * 2005-11-22 2007-05-31 Lehigh University Synthetic fibrillar structure and method of making thereof
DE102006007800B3 (de) * 2006-02-20 2007-10-04 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Strukturierungsverfahren und Bauteil mit einer strukturierten Oberfläche
US20080280085A1 (en) * 2006-06-25 2008-11-13 Oren Livne Dynamically Tunable Fibrillar Structures
DE102006050365A1 (de) * 2006-10-25 2008-04-30 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Strukturierte Oberfläche mit schaltbarer Haftfähigkeit
US20100252177A1 (en) 2007-10-26 2010-10-07 Bae Systems Plc Adhesive microstructures
US8206631B1 (en) * 2008-09-18 2012-06-26 Carnegie Mellon University Methods of making dry adhesives
DE102009046756A1 (de) * 2008-11-18 2010-05-20 Amo Gmbh Verfahren zur Herstellung von regelmäßigen Nanostrukturen auf Festkörperoberflächen
CN102405411B (zh) 2009-03-18 2015-08-05 加利福尼亚大学董事会 用于捕获循环细胞的装置
DE102010026490A1 (de) 2010-07-07 2012-01-12 Basf Se Verfahren zur Herstellung von feinstrukturierten Oberflächen
DE102010032855A1 (de) * 2010-07-30 2012-02-02 Gottlieb Binder Gmbh & Co. Kg Haftverschlussteil
WO2012054039A1 (en) 2010-10-21 2012-04-26 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Article with controlled wettability
DE102012100933A1 (de) * 2011-02-04 2012-08-09 Schott Ag Haftsystem, seine Herstellung und Anwendungen
US8771354B2 (en) 2011-10-26 2014-07-08 George J. Picha Hard-tissue implant
US20140329061A1 (en) 2012-08-02 2014-11-06 Metna Co Durable Hydrophilic Dry Adhesives with Hierarchical Structure and Method of Making
DE102012112965A1 (de) 2012-12-21 2014-06-26 Leibniz-Institut Für Neue Materialien Gemeinnützige Gesellschaft Mit Beschränkter Haftung Gegenstand mit schaltbarer Adhäsion
JP2015199927A (ja) * 2014-03-31 2015-11-12 キヤノン株式会社 接着部材
DE102014119470A1 (de) 2014-12-22 2016-06-23 Leibniz-Institut Für Neue Materialien Gemeinnützige Gmbh Strukturierte Oberfläche mit stufenweise schaltbarer Adhäsion
DE102015103965A1 (de) 2015-03-17 2016-09-22 Leibniz-Institut Für Neue Materialien Gemeinnützige Gmbh Komposit-Pillarstrukturen
DE102016113956A1 (de) 2016-07-28 2018-02-01 Leibniz-Institut Für Neue Materialien Gemeinnützige Gmbh Vorrichtung mit einer strukturierten Beschichtung

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002526288A (ja) * 1998-10-05 2002-08-20 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 湿潤および乾燥状態での使用に適した滑り制御物品

Also Published As

Publication number Publication date
CN107532045B (zh) 2020-12-18
EP3271435B1 (de) 2021-06-09
US20180051187A1 (en) 2018-02-22
WO2016146792A1 (de) 2016-09-22
JP2018510794A (ja) 2018-04-19
JP6951249B2 (ja) 2021-10-20
DE102015103965A1 (de) 2016-09-22
KR20170129168A (ko) 2017-11-24
DK3271435T3 (da) 2021-09-13
CN107532045A (zh) 2018-01-02
US10351733B2 (en) 2019-07-16
EP3271435A1 (de) 2018-01-24
ES2886565T3 (es) 2021-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102475284B1 (ko) 복합 필러 구조물
Del Campo et al. Patterned surfaces with pillars with controlled 3D tip geometry mimicking bioattachment devices
Wang et al. Strong wet and dry adhesion by cupped microstructures
Parness et al. A microfabricated wedge-shaped adhesive array displaying gecko-like dynamic adhesion, directionality and long lifetime
US9963616B2 (en) Biomimetic dry adhesives and methods of production therefor
US9120953B2 (en) Methods of forming dry adhesive structures
Krahn et al. Controllable biomimetic adhesion using embedded phase change material
US20100021647A1 (en) Dry adhesives and methods for making dry adhesives
US20140363610A1 (en) Compression, extrusion and injection molding of interlocking dry adhesive microstructures with flexible mold technology
Chandra et al. Replica molding of high-aspect-ratio (sub-) micron hydrogel pillar arrays and their stability in air and solvents
Bae et al. Fabrication and analysis of enforced dry adhesives with core–shell micropillars
US20220411664A1 (en) Dry adhesives and methods for making dry adhesives
KR102389946B1 (ko) 입자 정렬을 이용한 코팅 방법
KR102424216B1 (ko) 그립핑 장치 및 그립핑 장치를 제조하는 방법
Jeong et al. Precise tip shape transformation of nanopillars for enhanced dry adhesion strength
JP2018511006A (ja) 接着力を複数段階に切替可能な構造化表面
WO2020160463A1 (en) Intrinsically reversible superglues
KR20160047184A (ko) 미세섬모 구조물의 제조방법 및 미세섬모 구조물
Wang et al. Gecko-inspired bidirectional double-sided adhesives
Li et al. Enhanced compliant adhesive design and fabrication with dual-level hierarchical structure
TWI783008B (zh) 黏著構件及黏著構件的製造方法
Xue et al. Biological and Bioinspired Micro‐and Nanostructured Adhesives
JP2023506617A (ja) 撥液性繊維状乾燥接着剤材料およびその製造方法
Shan et al. Fabrication and adhesive force analysis of biomimetic gecko foot-hair array
Greiner Size and shape effects in bioinspired fibrillar adhesives

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant