WO2019129476A1 - Formkörper mit strukturierter oberfläche zur reversiblen adhäsion - Google Patents

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WO2019129476A1
WO2019129476A1 PCT/EP2018/084103 EP2018084103W WO2019129476A1 WO 2019129476 A1 WO2019129476 A1 WO 2019129476A1 EP 2018084103 W EP2018084103 W EP 2018084103W WO 2019129476 A1 WO2019129476 A1 WO 2019129476A1
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shaped
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Eduard Arzt
Karsten Moh
Martin Schmitz
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Leibniz-Institut Für Neue Materialien Gemeinnützige Gmbh
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    • 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

Definitions

  • the object of the invention is to provide a structure which, in particular in the case of normal adhesion, enables a simple selective detachment, and a method for detaching such structures.
  • the end face of the projections is larger than the base surface.
  • the average diameter is understood to be the diameter of the circle which has the same area as the corresponding cross section of the projection, averaged over the entire height of the projection.
  • the base area of the surface corresponds to a circle with a diameter between 0.1 ym to 5 mm, preferably 0.1 ym and 2 mm, in particular before given to 1 ym and 500 ym, more preferably between 1 ym and 450 yards.
  • the base area is a circle having a diameter between 0.3 .mu.m and 2 mm, preferably 1 .mu.m and 450 .mu.m, preferably 10 to 450 .mu.m.
  • the distance between two projections is less than 2 mm, in particular less than 1 mm.
  • the projections are preferably arranged periodically periodically.
  • the modulus of elasticity of all regions of the projection is preferably 50 kPa to 3 GPa.
  • the modulus of elasticity of soft regions ie in particular the region comprising the end face, is 50 kPa to 20 MPa, preferably 100 kPa to 10 MPa.
  • the Young's modulus of the high modulus ranges is independently 1 MPa to 3 GPa, preferably 2 MPa to 1 GPa. Preference is for all softer and harder areas, the elastic moduli in the above ranges.
  • the modulus of elasticity of the regions of the projection decreases towards the end face.
  • the elasticity of the projections can also on the hardness of the material used, preferably an elastomer defined who the.
  • the molded article can be used again for contacting a surface and thus for dry-adhesive adhesion.
  • area information always includes all - not mentioned - intermediate values and all imaginable subintervals.
  • FIG. 5 Schematic representation of an embodiment of the invention

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Formkörper mit einer strukturierten Oberfläche zur reversiblen Adhäsion an Oberflächen umfassend Vorsprünge mit einem Aspektverhältnis von bis zu 10. Diese Struktur lässt sich durch laterale Bewegung einfach von der Oberfläche ablösen.

Description

Formkörper mit strukturierter Oberfläche zur reversiblen Adhä sion
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Formkörper mit strukturierter Oberfläche zur reversiblen Adhäsion von Objekten oder an Ober flächen sowie Verfahren zur Ablösung solcher Strukturen. Der Formkörper kann auf einfache Weise wieder von den Objekten oder Oberflächen abgelöst werden.
Stand der Technik
Die molekulare Haftung zwischen zwei Objekten kann durch faser artige Oberflächenstrukturen verstärkt bzw. gesteuert werden. Dieses Prinzip ist als Gecko-Effekt bekannt. Wird eine struktu rierte Elastomer-Oberfläche mit einer bestimmten Andruckkraft gegen eine vergleichsweise flache Oberfläche gedrückt, können sich van der Waals Wechselwirkungen ausbilden. Auch die rever sible Haftung, d.h. die Möglichkeit, Anhaftung und Ablösung ge zielt zu schalten, ist aus der Natur bekannt. Während jedoch der Gecko die Ablösung durch ein Abschälen seiner Haftfasern realisiert, ist dies für technische Strukturen häufig nicht möglich und meist nur dann sinnvoll, wenn Scherhaftung, d.h. Haftung in Richtung der Substrat-/Obj ektoberflache genutzt wer den soll. Bei sogenannter Normalhaftung, also einer Haftkraft senkrecht zur Objektoberfläche, muss das Ablösen anders initi iert werden.
Ziel ist es, die effektive Kontaktflache zwischen den
Haftstrukturen und der Objektoberfläche gezielt zu variieren, um zwischen Haftung (große Kontaktfläche) und Ablösung (geringe Kontaktfläche) zu schalten und so das selektive Ablösen zu er möglichen .
Bekannt ist, dass bei Verwendung von Strukturen mit hohem As pektverhältnis, z. B. > 3, zur Ablösung von einem Substrat die sogenannte Euler-Knickung verwendet werden kann. Es ist be kannt, dass die Verringerung der Kontaktfläche durch Knicken von Vorsprüngen unter Druckbelastung herbeigeführt werden kann. Bei ausreichender Druckbelastung führt eine elastische Instabi lität zum Abknicken der Vorsprünge. Dies wird auch als Euler- Knickung bezeichnet. Die kritische Kraft beträgt:
F = C r /L)2El
Dabei ist E der Elastizitätsmodul, I das Flächenträgheitsmo dell, L ist die Länge (Höhe) des Vorsprungs und n ist ein Vor faktor in Abhängigkeit von der mechanischen Einspannung des Vorsprungs. Das Flächenträgheitsmoment bei einer zylindrischen Struktur beträgt /= nd4/6 . Daraus ergibt sich folgender Zusam menhang: Vorsprünge mit großer Höhe, geringem Durchmesser oder geringem Elastizitätsmodul knicken bei geringeren Kräften als Vorsprünge mit kurzer Länge, großem Durchmesser oder hohem Elastizitätsmodul. Dabei kommt es durch zusätzlichen Druck in Richtung des Objekts zur Verknickung der Struktur und damit zur Verringerung der Kontaktflache mit der Oberfläche. Nachteilig ist dabei, dass die Strukturen ein hohes Aspektverhältnis auf weisen müssen. Daher sind sie schwierig herzustellen und neigen zur Instabilität. Außerdem ist abhängig vom Objekt ein Druck in Objektrichtung zum Ablösen bei empfindlichen Objekten nachtei lig .
Aufgabe
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Struktur bereitzustellen, welche, insbesondere bei Normalhaftung, eine einfache selektive Ablösung ermöglicht, sowie ein Verfahren zur Ablösung solcher Strukturen .
Lösung
Diese Aufgabe wird durch die Erfindungen mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht. Die Erfindungen umfassen auch alle sinnvollen und insbesondere alle erwähnten Kombinati onen von unabhängigen und/oder abhängigen Ansprüchen.
Die Aufgabe wird durch einen Formkörper mit einer strukturier ten Oberfläche gelöst, wobei die Oberfläche eine Strukturierung aufweist, die eine Vielzahl von Vorsprüngen (Pillars) umfasst, die mindestens jeweils einen Stamm aufweisen und eine von der Oberfläche wegweisende Stirnfläche umfassen. Mit dieser Stirn fläche treten die Vorsprünge in Kontakt mit der Oberfläche des haftenden Objekts. Bevorzugt ist der Elastizitätsmodul der Vorsprünge konstant, kann aber auch einen axialen oder lateralen Gradienten aufwei sen .
Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass Vorsprünge mit ei nem Aspektverhältnis von unter 10 besonders leicht abgelöst werden können. So können diese Vorsprünge durch eine Scherbe lastung parallel zur Haftfläche deformiert werden. Die Vor sprünge werden abhängig von ihrer Biegesteifigkeit (E*I) ver formt. Dadurch wird ebenfalls die Adhäsionskraft verringert und die Struktur abgelöst. Dabei kommt es nicht auf die Scherfes tigkeit der Haftverbindung an, sondern die Verformung der
Strukturen führt zur Verringerung der Adhäsionskraft. Struktu ren, welche sich leicht verbiegen lassen, sind durch diesen Me chanismus leicht ablösbar. Die Scherbelastung kann durch eine beliebige Bewegung parallel zur Oberfläche hervorgerufen wer den. Dies kann eine lineare Bewegung oder ein Drehen sein. Der Vorteil der Ablösung durch Scherbelastung liegt darin, dass kein Druck senkrecht zur Haftfläche ausgeübt werden muss, wie zum Auslösen mittels der Euler-Knickung.
So ist es bei diesen Strukturen möglich, sie durch Verschieben der strukturierten Oberfläche parallel zur Oberfläche des Ob jekts zu verbiegen, so dass die Stirnflächen sich von der Ober fläche ablösen und die Haftung reduziert wird.
Unter der senkrechten Höhe der Stirnfläche wird der Abstand der Stirnfläche zu der Oberfläche verstanden, auf der die Vorsprün ge angeordnet sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Vorsprünge der strukturierten Oberfläche der Erfindung säulen- artig ausgebildet. Dies bedeutet, dass es sich um bevorzugt senkrecht zur Oberfläche ausgebildete Vorsprünge handelt, wel che einen Stamm und eine Stirnfläche aufweisen, wobei der Stamm und die Stirnfläche einen beliebigen Querschnitt aufweisen kön nen (beispielsweise kreisförmig, oval, rechteckig, quadratisch, rautenförmig, sechseckig, fünfeckig, etc.).
Bevorzugt sind die Vorsprünge so ausgebildet, dass die senk rechte Projektion der Stirnfläche auf die Grundfläche des Vor sprungs mit der Grundfläche eine Überlappungsfläche bildet, wo bei die Überlappungsfläche und die Projektion der Überlappungs fläche auf die Stirnfläche einen Körper aufspannt, welcher vollständig innerhalb des Vorsprungs liegt. In einer bevorzug ten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Überlappungsflä che mindestens 50 % der Grundfläche, bevorzugt mindestens 70 % der Grundfläche, besonders bevorzugt umfasst die Überlappungs fläche die gesamte Grundfläche. Die Vorsprünge sind daher be vorzugt nicht geneigt, können es aber sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Stirnfläche paral lel zur Grundfläche und zur Oberfläche ausgerichtet. Falls die Stirnflächen nicht parallel zur Oberfläche ausgerichtet sind und daher verschiedene senkrechte Höhen aufweisen, wird als senkrechte Höhe des Vorsprungs die mittlere senkrechte Höhe der Stirnfläche angesehen.
In einer Ausführungsform ist die Stirnfläche der Vorsprünge größer als die Grundfläche.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Stamm des Vorsprungs bezogen auf seinen mittleren Durchmesser ein Aspektverhältnis von Höhe zu Durchmesser von 1 bis 10, be vorzugt von 1 bis 5, besonders bevorzugt zwischen 1 und 3 auf. In einer Ausführungsform liegt das Aspektverhältnis bei bis zu 5, insbesondere bei bis zu 3. Solche Strukturen können nicht ohne hohe Belastung für das Objekt über die Euler-Knickung ab gelöst werden.
Unter dem mittleren Durchmesser wird dabei der Durchmesser des Kreises verstanden, der die gleiche Fläche wie der entsprechen de Querschnitt des Vorsprungs aufweist, gemittelt über die ge samte Höhe des Vorsprungs.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung liegt das Ver hältnis der senkrechte Höhe eines Vorsprungs zum Durchmesser bei einer bestimmten Höhe über die gesamte Höhe des Vorsprungs immer bei 1 bis 10, bevorzugt bei 1 bis 5, besonders bevorzugt zwischen 1 und 3. In einer Ausführungsform liegt dieses Aspekt verhältnis bei bis zu 5, insbesondere bei bis zu 3. Bevorzugt gilt dies auch für den minimalen Durchmesser der Vorsprünge. Dies ist dann relevant, wenn die Vorsprünge beispielsweise bei ovaler Grundfläche einen minimalen und einen maximalen Durch messer aufweisen.
Die Vorsprünge können verbreiterte Stirnflächen aufweisen, so genannte „mushroom"-Strukturen .
Die Stirnflächen der Vorsprünge können selbst strukturiert sein, um ihre Oberfläche zu erhöhen. In diesem Fall wird als senkrechte Höhe der Vorsprünge die mittlere senkrechte Höhe der Stirnfläche angesehen.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die senkrechte Höhe aller Vorsprünge in einem Bereich von 1 ym bis 10 mm, bevorzugt 1 ym bis 5 mm, insbesondere 1 ym bis 2 mm, bevorzugt in einem Bereich von 1 ym bis 2 mm.
In einer bevorzugten Ausführungsform entspricht die Grundfläche von der Fläche her einem Kreis mit einem Durchmesser zwischen 0,1 ym bis 5 mm, bevorzugt 0,1 ym und 2 mm, insbesondere bevor zugt zwischen 1 ym und 500 ym, besonders bevorzugt zwischen 1 ym und 450 ym. In einer Ausführungsform ist die Grundfläche ein Kreis mit einem Durchmesser zwischen 0,3 ym und 2 mm, bevorzugt 1 ym und 450 ym, bevorzugt 10 bis 450 ym.
Der mittlere Durchmesser der Stämme liegt bevorzugt zwischen 0,1 ym bis 5 mm, bevorzugt 0,1 ym und 2 mm, insbesondere bevor zugt zwischen 1 ym und 450 ym, bevorzugt 10 ym bis 450 ym. Be vorzugt ist die Höhe und der mittlere Durchmesser entsprechend dem bevorzugten Aspektverhältnis angepasst.
Beispielsweise weisen erfindungsgemäße Strukturen einen Durch messer von 300 bis 500 ym auf, bei einer senkrechten Höhe von 600 ym bis 2,5 mm, wobei das Aspektverhältnis 10, bevorzugt 5, nicht überschreitet.
Beispielsweise weisen erfindungsgemäße Strukturen einen Durch messer von 10 bis 100 ym auf, bei einer senkrechten Höhe von 20 ym bis 500 ym, wobei das Aspektverhältnis 7, bevorzugt 5, nicht überschreitet .
In einer Ausführungsform können dies beispielsweise Strukturen mit einem Durchmesser von 300 ym bis 500 ym und einer Höhe von 700 ym bis 1500 ym, beispielsweise ein Durchmesser von 400 ym bei einer Höhe von 800 ym oder 1200 ym. In einer anderen Ausführungsform können dies Strukturen mit ei nem Durchmesser von 10 ym bis 100 ym und eine Höhe von 10 ym bis 100 ym sein, wobei das Aspektverhältnis von 7, bevorzugt 5 nicht überschritten wird. Dies sind beispielsweise Strukturen mit einem Durchmesser von 10 ym bis 60 ym und einer Höhe von 30 ym bis 60 ym, bevorzugt 15 ym bis 50 ym Durchmesser bei einer Höhe von 40 ym bis 50 ym. Gerade solche kleinen Vorsprünge mit geringem Aspektverhältnis lassen sich auf einfache Weise her steilen .
In einer bevorzugten Ausführungsform ist bei verbreiterten Stirnflächen die Oberfläche der Stirnfläche eines Vorsprungs mindestens 1,01 mal, bevorzugt mindestens 1,4 mal so groß wie die Fläche der Grundfläche eines Vorsprungs. Sie kann bei spielsweise um den Faktor 1,01 bis 20 größer sein.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Stirnfläche zwischen 5% und 100% größer als die Grundfläche, besonders bevorzugt zwischen 10% und 50% der Grundfläche.
In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Abstand zwi schen zwei Vorsprüngen weniger als 2 mm, insbesondere weniger als 1 mm.
Die Vorsprünge sind bevorzugt regelmäßig periodisch angeordnet.
Der Elastizitätsmodul aller Bereiche des Vorsprungs beträgt be vorzugt 50 kPa bis 3 GPa. Bevorzugt liegt der Elastizitätsmodul von weichen Bereichen, d. h. insbesondere des Bereich umfassend die Stirnfläche, bei 50 kPa bis 20 MPa, bevorzugt 100 kPa bis 10 MPa. Bevorzugt liegt davon unabhängig der Elastizitätsmodul der Bereiche mit hohem Elastizitätsmodul bei 1 MPa bis 3 GPa, bevorzugt 2 MPa bis 1 GPa. Bevorzugt liegen für alle weicheren und härteren Bereiche die Elastizitätsmodule in den vorstehend angegebenen Bereichen. Bevorzugt nimmt der Elastizitätsmodul der Bereiche des Vorsprungs zur Stirnfläche hin ab.
Die Elastizität der Vorsprünge kann auch über die Härte des verwendeten Materials, bevorzugt ein Elastomer, definiert wer den. Bevorzugt ist eine Härte von Shore-A 20 bis Shore-A 80, bevorzugt Shore-A 30 bis Shore-A 70, für das Material der Vor sprünge .
Die Vorsprünge können aus vielen unterschiedlichen Materialien bestehen, bevorzugt sind Elastomere, besonders bevorzugt ther moplastische Elastomere. Für höhere Elastizitätsmodule können auch Duroplaste verwendet werden.
Die Vorsprünge können daher folgende Materialien umfassen: epoxy- und/oder silikonbasierte Elastomere, thermoplastische Elastomere (TPE) , Polyurethane, Epoxidharze, Acrylatsysteme, Methacrylatsysteme, Polyacrylate als Homo- und Copolymere, Po- lymethacrylate als Homo- und Copolymere (PMMA, AMMA Acryl- nitril/Methylmethacrylat) , Polyurethan (meth) acrylate, Silikone, Silikonharze, Kautschuk, wie R-Kautschuk (NR Naturkautschuk, IR Poly-Isopren-Kautschuk, BR Butadienkautschuk, SBR Styrol- Butadien-Kautschuk, CR Chloropropen-Kautschuk, NBR Nitril- Kautschuk) M-Kautschuk (EPM Ethen-Propen-Kautschuk, EPDM Ethyl- en-Propylen-Kautschuk) , Ungesättigte Polyesterharze, Formalde hydharze, Vinylesterharze, Polyethylene als Homo- oder Copoly mere, sowie Mischung und Copolymere der vorgenannten Materia lien. Bevorzugt sind auch Elastomere, welche zur Verwendung im Bereich Verpackung, Pharma und Lebensmittel von der EU (gemäß EU-VO Nr. 10/2011 vom 14.01.2011, veröffentlicht am 15.01.2011) oder FDA zugelassen sind oder silikonfreie UV-härtbare Harze aus der PVD und CVD-Verfahrenstechnik . Dabei steht Po lyurethan (meth) acrylate für Polyurethanmethacrylate, Po- lyurethanacrylate, sowie Mischungen und/oder Copolymere davon.
Bevorzugt sind epoxy- und/oder silikonbasierte Elastomere, Po lyurethan (meth) acrylate, Polyurethane, Silikone, Silikonharze (wie UV-härtbares PDMS) , Polyurethan (meth) acrylate, Kautschuk (wie EPM, EPDM) .
Die strukturierte Oberfläche kann außerdem noch Vorsprünge auf weisen, welche zur Scherhaftung fähig sind. Dies kann die Haf tung unterstützen, wenn der Formkörper mit dem an ihm haftenden Objekt im Raum gedreht werden, so dass zusätzliche Kräfte, z.
B. Gravitationskräfte, auftreten, welche die Haftkraft des er findungsgemäßen Formkörpers beeinträchtigen könnten.
Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung umfassend mindestens zwei der erfindungsgemäßen Formkörper, welche so angeordnet sind, dass sie nebeneinander eine gemeinsame Oberfläche kontak tieren können, und welche außerdem individuell mindestens late ral zur gemeinsamen Oberfläche verschiebbar sind.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur reversiblen Adhäsion eines erfindungsgemäßen Formkörpers oder einer Anord nung von Formkörpern an einer Oberfläche.
Im Folgenden werden einzelne Verfahrensschritte näher beschrie ben. Die Schritte müssen nicht notwendigerweise in der angege benen Reihenfolge durchgeführt werden, und das zu schildernde Verfahren kann auch weitere, nicht genannte Schritte aufweisen. Dazu werden Stirnflächen der Vorsprünge des erfindungsgemäßen Formkörpers mit der Oberfläche kontaktiert, so dass sich eine adhäsive Bindung zwischen Formkörper und Oberfläche ausbildet.
Zur Ablösung des Formkörpers wird der Formkörper mindestens la teral relativ zur Oberfläche verschoben. Es kann erforderlich sein, dafür die Oberfläche, beziehungsweise das Objekt mit die ser Oberfläche, zu fixieren, damit es zu einer relativen Bewe gung des Formkörpers kommen kann.
Durch diese Bewegung kommt es zu einer Biegung der Vorsprünge, was zur mindestens teilweisen Ablösung der Stirnflächen führt. Dies reduziert die zur Adhäsion beitragende Kontaktfläche und verringert die Haftkraft bis hin zur vollständigen Ablösung.
Die relative, laterale Verschiebung kann linear sein, d.h. der Formkörper wird in einer Richtung lateral verschoben.
Die relative, laterale Verschiebung kann auch kreisförmig er folgen. Dazu wird der Formkörper relativ zur Oberfläche ge dreht. Durch diese Rotation ist die Belastung des Objekts gleichmäßiger .
Aufgrund der Elastizität der Vorsprünge kann der Formkörper da nach erneut zur Kontaktierung einer Oberfläche und damit zur trockenadhäsiven Haftung verwendet werden.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird eine Oberfläche mit den Stirnflächen einer Anordnung umfassend min destens zwei erfindungsgemäße Formkörper kontaktiert. Bevorzugt ist die Kontaktierung so gewählt, dass die Formkörper ungefähr mit gleicher Haftkraft an die Oberfläche binden. Die Formkörper müssen die Oberfläche nicht direkt nebeneinander kontaktieren. Sie können auch an verschiedenen Stellen der Oberfläche angeordnet sein.
Zur Ablösung ist es nun möglich, die einzelnen Formkörper der Anordnung jeweils relativ zur Oberfläche mindestens lateral zu bewegen. Dies erfolgt bevorzugt derart, dass das laterale, vek toriell auf die Oberfläche und damit auf das Objekt einwirkende Moment der Formkörper minimal, idealerweise gleich 0 ist.
Dadurch muss das Objekt nicht oder nur geringfügig fixiert wer den. Auch ist dieses Verfahren besonders für empfindliche Ob jekte geeignet. Auch sind die auf das Objekt wirkenden Kräfte nur gering. Bei zwei Formkörpern können beide beispielsweise in entgegengesetzte Richtungen bewegt werden.
Es ist auch möglich, dass zusätzlich zu der lateralen Komponen te die Bewegung des Formkörpers oder der Formkörper einer An ordnung weitere Komponenten aufweisen, beispielsweise senkrecht weg von der Oberfläche oder eine drehende Bewegung, zum Bei spiel eine gleichzeitig ausgeführte drehende Bewegung mit einer oder mehreren Drehachse (n) parallel zur Oberfläche. Dabei wird die Drehung bevorzugt so ausgeführt, dass es nicht zu einer Stauchung von Vorsprüngen kommt. Die Formkörper können bei spielweise auf einer kreisförmigen Bahn bewegt werden.
Durch die Drehung kann erreicht werden, dass sich die Stirnflä chen bestimmter Vorsprünge zuerst von der Oberfläche ablösen.
Bei einer Anordnung von Formkörpern müssen nicht alle Formkör per gleich bewegt werden.
Ebenso können Formkörper einer Anordnung auch rotiert oder ver schoben werden. Die Ablösebewegung und auch die Form und Elastizität der Vor sprünge hängt von der zu erreichenden Haftkraft und von der Empfindlichkeit der Oberfläche und des Objekts ab.
Gerade bei sehr kleinen und empfindlichen Bauteilen, wie Mikro chips, integrierte Schaltkreise, Displays oder Touchscreens, bietet das erfindungsgemäße Verfahren mit dem erfindungsgemäßen Formkörper Möglichkeiten zur selektiven Adhäsion und Ablösung ohne große Belastung des Objekts. Auch sind mit diesem Verfah ren Objekte adressierbar, welche über eine herkömmliche Saug vorrichtung nicht ohne weitere Maßnahmen aufgenommen werden können .
Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfol genden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweili gen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Möglichkeiten, die Aufgabe zu lösen, sind nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt.
So umfassen beispielsweise Bereichsangaben stets alle - nicht genannten - Zwischenwerte und alle denkbaren Teilintervalle.
Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch darge stellt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeich nen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente. Im Einzelnen zeigt:
Fig. 1 Schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Form körpers ;
Fig. 2 Schematische Darstellung der Adhäsion an eine Oberflä che ;
Fig. 3 Schematische Darstellung der Ablösung; Fig. 4 Schematische Darstellung einer Ausführungsform der Er findung;
Fig. 5 Schematische Darstellung einer Ausführungsform der Er findung;
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsge mäßen Formkörpers 100. Der Formkörper 100 weist auf der Ober fläche 130 eine Vielzahl von Vorsprüngen 110 auf, welche Stirn flächen 120 aufweisen.
Figur 2 zeigt, wie ein erfindungsgemäßer Formkörper 100 mit der Oberfläche 140 eines Objekts 150 kontaktiert wird (oben) . Dabei treten die Stirnflächen 120 der Vorsprünge 110 mit der Oberflä che 140 in Kontakt und haften aneinander. Das Objekt 150 ist nun an den Formkörper 100 gebunden.
Figur 3 zeigt den Ablauf einer Ausführungsform des Ablösens ei nes Objekts 150 vom Formkörper 100. Dazu wird der Formkörper 100 relativ zum Objekt 150 lateral bewegt (Pfeil, oben) .
Dadurch kommt es zu Spannung (en) in den Vorsprüngen 110 und zu einer Biegung der Vorsprünge 110. Dies führt zu einer partiel len Ablösung der Stirnflächen 120 von der Oberfläche 140 des Objekts 150. Dadurch reduziert sich die in Kontakt stehende Fläche der Stirnflächen 120 und die Haftkraft, mit der das Ob jekt 150 an den Formkörper 100 gebunden ist, wird reduziert, gegebenenfalls bis das Objekt 150 sich vollständig gelöst hat.
Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Der Formkörper 200, welcher gemäß der Erfindung strukturiert ist, wird dabei relativ zum Objekt 250 gedreht. Auch dadurch kommt es zu einer Scherbelastung und zur Ablösung über Biegung der Vorsprünge . Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Dabei wird das Objekt 250 von mehreren Formkörpern 202 und 204, wel che gemäß der Erfindung strukturiert sind, kontaktiert. Diese Formkörper 202 und 204 werden relativ zur Oberfläche des Ob- jekts 250 bewegt. Die Bewegung ist dabei so gewählt, dass das resultierende Moment, welche auf das Objekt übertragen wird, möglichst gering ist. Im Beispiel werden beide Formkörper in entgegengesetzte Richtung bewegt. Dadurch kommt es zur Ablösung über Biegung der Vorsprünge.
BezugsZeichen Formkörper
Vorsprung
Stirnfläche
Oberfläche / Backinglayer / Rückschicht Oberfläche zur Adhäsion
Objekt
Formkörper
Formkörper
Formkörper
Objekt

Claims

Patentansprüche
1. Formkörper (100) mit einer strukturierten Oberfläche, welche eine Strukturierung aufweist, die eine Vielzahl von Vor sprüngen (110) umfasst, die mindestens jeweils einen Stamm auf weisen und eine von der Oberfläche wegweisende Stirnfläche
(120) umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (110) ein Aspektverhältnis von senkrechter Höhe und mittlerem Durchmesser von bis zu 10 aufweisen.
2. Anordnung umfassend mindestens zwei der erfindungsgemäßen Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese so angeordnet sind, dass sie nebeneinander eine gemeinsame
Oberfläche kontaktieren, und welche außerdem individuell min destens lateral zur gemeinsamen Oberfläche bewegbar sind.
3. Verfahren zur reversiblen Adhäsion eines Formkörpers nach Anspruch 1 oder einer Anordnung von Formkörpern nach Anspruch 2 an einer Oberfläche, umfassend folgende Schritte
a) Kontaktieren der Stirnflächen mit der Oberfläche, so dass sich eine adhäsive Bindung ausbildet.
b) Bewegen der Formkörper oder mindestens eines Formkörpers der Anordnung mindestens lateral relativ zur Oberfläche, so dass sich die Kontaktfläche zwischen Stirnflächen und Oberflä che durch Biegung der Vorsprünge verringert.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass alle Formkörper so bewegt werden, dass das durch das laterale Bewegen auf die Oberfläche einwirkende Moment minimal ist.
PCT/EP2018/084103 2017-12-27 2018-12-10 Formkörper mit strukturierter oberfläche zur reversiblen adhäsion WO2019129476A1 (de)

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JP2020536599A JP7042528B2 (ja) 2017-12-27 2018-12-10 可逆的な付着について構造化された表面を有する形成体
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