專利名稱::塑性材料膜裝置的制備方法及由此得到的裝置的制作方法塑性材料膜裝置的制備方法及由此得到的裝置本發(fā)明涉及膜裝置領(lǐng)域。它更具體地涉及塑性材料膜微結(jié)構(gòu)的制備方法,以及由該方法得到的裝置。本發(fā)明尤其有利于在顯微
技術(shù)領(lǐng)域:
中的應(yīng)用,例如用于生產(chǎn)顯微透鏡、微通道、波導(dǎo)等等,但本發(fā)明不僅僅于此。更確切地說,本發(fā)明涉及膜裝置的制備方法,其特征在于,該方法在于-提供基體,-沉積液體到該基體,和-通過低壓沉積方法,用形成所述膜的塑性材料的均勻連續(xù)薄膜覆蓋所述液體和至少與所述液體鄰接的基體部分。本發(fā)明還涉及通過上述方法得到的裝置的各種實(shí)施方案,其中該基體與該液體和該膜一起形成光學(xué)透鏡、波導(dǎo)、傳動(dòng)裝置或流體通道。本發(fā)明最后涉及膜的制備方法,其特征在于,該方法在于-提供基體,-沉積液體到該基體,-通過低壓沉積方法,用形成所述膜的塑性材料的均勻連續(xù)薄膜覆蓋所述液體,然后-將所述膜與該液體分離。通過閱讀下面結(jié)合附圖的描述,本發(fā)明的其它特征將顯得更加清楚,其中圖l-8展示了根據(jù)本發(fā)明方法得到的各種膜裝置,以及它們的實(shí)施方式。正如上面提到的,本發(fā)明實(shí)質(zhì)上涉及在液體上和任選地在至少其基體的鄰接部分上沉積薄膜。該膜有利地由以其涂覆性能聞名的物質(zhì)構(gòu)成,i口中白利靈(paryldne)。帕利靈(也被稱作聚對(duì)二甲苯)的沉積方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的。實(shí)際上,帕利靈是屬于塑料家族的聚合物,在電子、醫(yī)藥、光學(xué)、空間以及尤其是微觀力學(xué)領(lǐng)域的各種應(yīng)用中用作涂層。通過熱解二聚對(duì)二曱苯在低壓(7Pa)下沉積,它在室溫下在各種類型的基體上聚合,形成均勻一致的無色涂層,完全地貼合任何凸起和空腔,并具有大約100納米至60微米的厚度。帕利靈能夠有效地保護(hù)各種材料如金屬、紡織品、紙、玻璃、塑料等免受化學(xué)產(chǎn)品、酸和溶劑的浸濕、腐蝕和蝕刻。它形成了電絕緣、熱穩(wěn)定和生物相容性的隔層。它的沉積可以有利地使用Comelec公司的設(shè)備("Chaux-de-Fonds,CH)來進(jìn)行。盡管在許多行業(yè)中被廣泛地用在各種應(yīng)用中,但帕利靈涂層迄今為止僅限于固體材料。通過將帕利靈的沉積延伸到一些符合特定條件的液體材料,本發(fā)明打開了一個(gè)全新的研究領(lǐng)域并且提供了新的有創(chuàng)造力的可能性。根據(jù)本發(fā)明,在標(biāo)準(zhǔn)條件下,在液體-基體組合上進(jìn)行帕利靈的沉積。在6801C下進(jìn)行二聚對(duì)二甲苯的熱解,對(duì)二甲苯單體聚合到保持在室溫下的樣品的表面上。沉積室中的壓力為"7Pa,液體的飽和蒸氣壓必須低于這個(gè)壓力,以免在沉積過程中發(fā)生蒸發(fā)。理想地,液體的飽和蒸氣壓小于或等于該沉積壓力的十分之一,或0.7Pa。然而,對(duì)于一些非常特別的應(yīng)用來說,就如后面所解釋的,該液體的飽和蒸氣壓必須接近該沉積壓力。另外,所使用的液體必須是與帕利靈在化學(xué)上無反應(yīng)性的。已經(jīng)成功地試驗(yàn)了例如各種油,包括渦輪分子泵油、光學(xué)油、硅油、甘油,等等。在下表中提供了非窮舉的能夠用于帕利靈沉積的各種液體以及它們的性能。當(dāng)然,符合上述條件的任何液體都可以用于帕利靈的沉積。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>在下面的描述中,措詞"液體"表示上面列出的任何一種液體。在該方法結(jié)束時(shí),連續(xù)一致的膜覆蓋了全部液體-基體,從而形成了完全貼合其外形的封套。特別地,該層在液體-基體界面上不存在間斷,并且該層在液體上的沉積部分和固體基體上的沉積部分之間也不存在質(zhì)量上的差別。當(dāng)然,根據(jù)需要,采用合適的掩模,該膜也可以只沉積在液體和圍繞該液體的基體部分上。帕利靈的這種在液體上自沉積形成膜的能力可以被開發(fā)用于多種應(yīng)用。在一些應(yīng)用中,所述液體在沉積后被除去,在這種情況下該液體被稱作犧牲液體。它也可以被保持在帕利靈膜之下,并構(gòu)成如此獲得的裝置的不可分割的部分。在本說明書的后繼部分中,將描述幾個(gè)實(shí)施方案的實(shí)施例,這些實(shí)施例只是非窮舉的列舉,并不構(gòu)成本發(fā)明方法的全部可能性。其中6描述的所有結(jié)構(gòu)都可以在柔性或剛性基體上實(shí)現(xiàn)。對(duì)于給定類型的基體,液體的展開和帕利靈在基體上的粘合都可以通過等離子體處理或應(yīng)用分子層(被稱作SAM(SelfAssemblyMonolayers))來進(jìn)行控制或優(yōu)化。圖l表示一種選擇性膜和其借助犧牲液體的四步制備方法。圖la在直徑為大約IOO微米至幾毫米的容器10中裝滿"液體"16,該容器包括用塞子14封閉的下排放管12。圖lb容器10的邊沿和"液體"16用帕利靈薄膜18覆蓋,該薄膜只與該容器粘結(jié)。圖lc通過除去塞子14排出容器10中的液體16。薄膜18留在原處,從而形成在容器10的壁之間伸展的膜20。圖Id為了構(gòu)成選擇性膜,通過激光燒蝕以微孔22刺穿膜20。也可以通過"活性離子蝕刻"(RIE)試驗(yàn)的受控物理化學(xué)蝕刻來使該膜成為多孔的。由此獲得的裝置形成了用于氣體或其它流體的過濾器,其制造簡(jiǎn)單且便宜。圖2顯示了借助犧牲液體的流體通道的制備工序的剖面圖,及其兩個(gè)非常有利的變化形式。圖2a以剖面示出了基體,該基體由板24制成,該板24覆蓋了能被結(jié)構(gòu)化的材料的層26。可用于層26的材料的一個(gè)實(shí)例是光敏樹脂或通常用于切割硅片的"藍(lán)帶"(bluetape)。在通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的蝕刻工藝在層26中打開的通道28中充滿"液體"16。此外,以使得該"液體"和構(gòu)成層26的材料的接觸角大于或等于20度來選擇所述液體和所述材料。如果"液體"16例如是油,則層26由排斥油的疏油材料制成。這樣,"液體"16可以最小化與構(gòu)成層26的材料之間的接觸面,并且當(dāng)該液體位于通道28中時(shí),其表面是凸起的。這個(gè)性能還有助于從通道28中排出"液體"16,這正如下文所要描述的。圖2b在整個(gè)基體-"液體"16上沉積帕利靈的薄膜18,從而封閉了包含"液體"16的通道28。圖2c通過位于通道28—端的開口從通道中排出"液體"16。由此通過極其簡(jiǎn)單的方法得到的裝置是被帕利靈薄封閉的流體通道28。這個(gè)通道28可以用來輸送任何與所用材料相容的流體。圖2d所示裝置不同于圖2c所示裝置,在通道28的底部增加了壓電材料層30,其在層26沉積之前沉積和結(jié)構(gòu)化。此外,這個(gè)層30在層26的結(jié)構(gòu)化過程中被制成是可及的,以使其與電極32連接。由于該材料的性能,由這個(gè)電極32發(fā)射的電脈沖會(huì)被轉(zhuǎn)換成物理脈沖,從而在通道28輸送的流體內(nèi)部引起沖擊波。圖2e在這個(gè)圖中顯示了流體通道28的頂視圖,該流體通道配備有沿著所述通道分布的被結(jié)構(gòu)化成多個(gè)矩形元件34的壓電材料層。每個(gè)元件34在輸送的流體中局部產(chǎn)生沖擊波,每個(gè)元件與其相鄰元件的略微不同步作用將使得流體能夠在通道28中傳播。由此制得蠕動(dòng)微型泵。圖2f另一種制備蠕動(dòng)微型泵的可能性在于沉積導(dǎo)電層36代替壓電層30,如果可能,該層是透明的,例如使用IT0(氧化錫銦),然后如前面一樣,將其結(jié)構(gòu)化成矩形元件34。在帕利靈膜上沉積第二導(dǎo)電層38,并與第一導(dǎo)電層對(duì)齊結(jié)構(gòu)化成矩形元件34。施加在每對(duì)元件34上的電勢(shì)差會(huì)引起帕利靈膜的局部變形,從而引起通道28的收縮。這種收縮的傳播使得能夠輸送通道28中存在的流體。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)微透鏡的方法,以及這類透鏡的特別有利的變化形式。圖3a對(duì)于流體通道的生產(chǎn),以剖面圖顯示了由板24制成的基體,板24覆蓋有能夠被結(jié)構(gòu)化的材料的層26,該材料例如是光敏樹脂或"藍(lán)帶"。在層26上開有直徑為一微米到幾毫米的圓孔40,然后用"液體"16充滿。由此形成的"液體"滴的凸面完全取決于"液體"16的表面張力和層26的表面自由能。因而,"液體"16的滴的幾何形狀一方面對(duì)于制成層26的相同材料和相同"液體"16來說可完全地再現(xiàn),另一方面可根據(jù)待生產(chǎn)透鏡的需要進(jìn)行改變。圖3b在基體-"液體"16組件上沉積帕利靈薄膜18,由此封閉包含"液體"16的圓孔40。這次,"液體"16被帕利靈膜封閉,基體-液體-帕利靈組件形成了透鏡,該透鏡的焦距由所用材料來決定。圖3c在微透鏡的一個(gè)特別有益的變化形式中,由透明導(dǎo)電材料的軌道制成的電阻加熱器42置于"液體"16之下。該軌道通過沉積和結(jié)構(gòu)化透明導(dǎo)電材料層來制得,該沉積先于層26的沉積。當(dāng)電阻加熱器42使"液體"16的溫度升高時(shí),會(huì)產(chǎn)生膨脹,從而改變透鏡的幾何形狀和它的光學(xué)性能。從而得到可變焦點(diǎn)的透鏡。圖4給出了根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)微透鏡網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)化方法。圖4a在由容器10所容納的"液體"16中浸泡基體44,該基體可以是剛性的或柔性的,并包括多個(gè)貫穿它的圓孔45?;w44和"液體"16的選擇一方面要依據(jù)上面已經(jīng)列出的"液體"16的選擇標(biāo)準(zhǔn),另一方面要使得基體44的表面強(qiáng)烈排斥"液體"16。如果"液體"16是油,則基體44所用材料必須是強(qiáng)疏油性的。與油組合的"藍(lán)帶"是適合這一應(yīng)用的材料。圖4b當(dāng)從容器IO取出基體44時(shí),液滴46被圓孔45所俘獲,而基體的剩余表面上由于所選材料的性能而沒有"液體,,16。該透鏡的凸面由于該方法本身的原理而是重要的,但也可以根據(jù)需要進(jìn)行改變。圖4c帕利靈薄膜18被沉積在基體44的兩個(gè)表面上,從而將約束在基體44的孔45中的液滴46包封起來。然后,基體44-液滴46-帕利靈膜組件形成了微透鏡的網(wǎng)絡(luò),其制備技術(shù)既簡(jiǎn)單又便宜。圖5顯示了使用本發(fā)明方法制備的波導(dǎo)的縱向剖面圖。在基體24中蝕刻的通道48被充滿"液體"16。形成基體24的材料與"液體"16的選擇要使得"液體"與基體之間的接觸角是足夠大的。這樣,在通道48邊緣上的"液體"16的表面是凸起的。此外,還必須考慮材料的指數(shù)和"液體"16的光學(xué)質(zhì)量。基體24和"液體"16用帕利靈薄膜18覆蓋,保持"液體"16在其腔室里。由此形成的波導(dǎo)是十分有利的,因?yàn)槠涫沟酶菀遵詈线M(jìn)入和離開波導(dǎo)的光,而不需要中間衍射網(wǎng)絡(luò),這歸因于在通道48邊緣上的"液體"16的曲率。圖6中顯示的頂視圖裝置是液壓微傳動(dòng)裝置。它由基體24構(gòu)成,該基體可以是柔性的或剛性的,相對(duì)其寬度,長(zhǎng)度較長(zhǎng),并且其中蝕刻有通道48,通道中充滿"液體"16,該液體滿足與帕利靈沉積相容的條件。帕利靈薄膜進(jìn)行整個(gè)覆蓋,從而將"液體"16封在它的腔室中。由此制得的裝置利用"液體"16的不可壓縮性性能來產(chǎn)生"液體"16和帕利靈膜的受控微位移。實(shí)際上,在裝置的一端對(duì)覆蓋"液體"16的帕利靈膜所施加的壓力會(huì)在所述裝置的另一點(diǎn)引起"液體"16和帕利靈膜的輕微運(yùn)動(dòng)。這種傳動(dòng)裝置具有完全液壓和適于微觀運(yùn)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。圖7顯示了根據(jù)本發(fā)明的自支撐薄膜的制備方法。圖7a由于空腔50,使得基體24的整個(gè)表面被"液體"16覆蓋。帕利靈薄膜18沉積在該組件上,完全貼合基體24的外形和液體16的平面度。圖7b將薄膜18與基體24和"液體"16分離,例如通過在基體24和液體16的分界處切割薄膜18來進(jìn)行。需要指出的是,薄膜18與"液體"16的分離是沒有任何困難的,因?yàn)樗c液體并不粘著。先前與"液體"16接觸的其下表面具有與"液體"16相當(dāng)?shù)谋砻嫘螒B(tài)。這種極其平坦的表面例如可以用作原子力顯微鏡的參比。帕利靈薄膜18的這種易于通過剝離將其自身與"液體"16分離的能力還可以用于形成自支撐膜。像膠紙帶一樣,由此構(gòu)成的薄膜18足以圍繞其本身進(jìn)行巻繞,然后可以使用它來包封任何物體。為此,一個(gè)特別有利的實(shí)施方案在于在基體24上沉積帕利靈,該基體具有螺旋形狀并覆蓋有"液體"16。沉積在兩邊的帕利靈薄膜18可以毫無困難地進(jìn)行分離,并且形成易于巻繞的帶。這種類型的自支撐膜還有可能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)表面具有不同的性能。實(shí)際上,通過使用具有接近沉積壓力的飽和蒸氣壓的"液體"16,可以改變帕利靈膜18生長(zhǎng)的起點(diǎn)。在與"液體"16鄰接的氣相中存在的構(gòu)成"液體,,16的分子與對(duì)二甲苯單體的反應(yīng)引起了所述膜初始生長(zhǎng)相的改變。取決于"液體"16的選擇,這個(gè)初始層可具有不同于"純"帕利靈膜的機(jī)械、電或其它性能。最后,在圖8中描述了根據(jù)本發(fā)明的接觸透鏡制備方法的實(shí)施例。圖8a基體24被"液體"16覆蓋。圖8b通過第一次帕利靈沉積而在"液體"16上形成薄膜18。圖8c在薄膜18上沉積"液體"16的液滴。根據(jù)其光學(xué)和機(jī)械性能選擇"液體"16。其表面張力必須能夠使得該液滴與帕利靈薄膜18之間形成特定的角度。圖8d在該組件上沉積第二層帕利靈52,從而"液體"16的液滴被密封在第一帕利靈膜18和第二層膜52之間。圖8e將薄膜18與支撐其的"液體"16分離,整個(gè)帕利靈膜-液滴16-帕利靈膜形成設(shè)計(jì)極其簡(jiǎn)單的接觸透鏡。這種將"液體"16包封在兩個(gè)帕利靈膜18和52之間的方法能夠產(chǎn)生各種應(yīng)用。例如在醫(yī)藥領(lǐng)域中,可以用這種方法制備包含藥物的膠嚢。由于帕利靈不會(huì)被人體破壞,因此需要用于打開膠嚢的系統(tǒng),以釋放活性成分。以上描述是參考帕利靈沉積來提供的。當(dāng)然,也可以使用任何具有類似性能的物質(zhì)。最后需要指出的是,利用空腔如圓孔40或通道28來引導(dǎo)液體16,對(duì)實(shí)現(xiàn)上面描述的裝置并不是關(guān)鍵所在??梢允褂猛ㄟ^直接寫入的材料沉積技術(shù)如噴墨印刷或局部分配,以形成用于被帕利靈膜18覆蓋的"液體"結(jié)構(gòu)。在這種情況下,"液體"16必須強(qiáng)烈地被基體24所排斥,以便不在其上擴(kuò)展。另一種可能性是使用強(qiáng)烈排斥待沉積液體的基體,并通過浮凸印刷或噴墨印刷局部施加"接受"層。這個(gè)層由能夠強(qiáng)烈地保留該"液體"的材料制成。則足以在"液體"16中浸泡基體。最后,只有被接受層覆蓋的區(qū)域?qū)⒈辉?液體"覆蓋。權(quán)利要求1、膜裝置的制備方法,其特征在于,該方法在于-提供基體(10,24,26),-沉積液體(16)到該基體,和-通過低壓沉積方法,用形成所述膜的塑性材料的均勻連續(xù)薄膜(18)覆蓋所述液體(16)和至少與所述液體(16)鄰接的基體部分。2、根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其特征在于,所述塑性材料是聚對(duì)二甲苯,也被稱作帕利靈。3、根據(jù)權(quán)利要求1和2之一的方法,其特征在于,所述基體(IO,24,26)包含空腔(28,40,45,48,50),在所述空腔中沉積所述液體(16)。4、根據(jù)權(quán)利要求3的方法,其特征在于,所述空腔(45)是貫通的。5、根據(jù)權(quán)利要求3的方法,其特征在于,所述空腔(28,40,48,50)是不通的。6、根據(jù)權(quán)利要求1和2之一的方法,其特征在于,所述液體(16)被直接沉積在所述基體(IO,24,26)上的其有用的位置上。7、根據(jù)權(quán)利要求6的方法,其特征在于,使用噴墨印刷技術(shù)將所述液體(16)沉積在所述基體(1G,24,26)上。8、根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的方法,其特征在于,所述液體(16)具有低于所述沉積壓力的飽和蒸氣壓。9、根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的方法,其特征在于,所迷液體(16)是油。10、根據(jù)權(quán)利要求9的方法,其特征在于,所述基體(IO,24,26)是疏油材料。11、根據(jù)權(quán)利要求6和10的方法,其特征在于,所述基體(IO,24,26)被親油層局部覆蓋,形成用于容納油的結(jié)構(gòu)。12、根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)的方法,其特征在于,在沉積后保留所述液體(16)。13、根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)的方法,其特征在于,在沉積后除去所述液體(16)。14、膜裝置,其特征在于,它通過權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)的方法獲得。15、根據(jù)權(quán)利要求14的裝置,其特征在于,所述基體(24,26)與所述液體(16)和所述膜(18)—起形成光學(xué)透鏡。16、根據(jù)權(quán)利要求14的裝置,其特征在于,所述基體(24)與所述液體(16)和所述膜(18)—起形成波導(dǎo)。17、根據(jù)權(quán)利要求14的裝置,其特征在于,所述基體(24)與所述液體(16)和所述膜(18)—起形成傳動(dòng)裝置。18、根據(jù)權(quán)利要求14的裝置,其特征在于,所述基體(24,26)與所述膜(18)—起形成流體通道。19、根據(jù)權(quán)利要求14的裝置,其特征在于,它由包含液體(16)的兩個(gè)膜(18,52)形成。20、膜的制備方法,其特征在于,該方法在于-提供基體(IO,24,26),-沉積液體(16)到該基體,-通過低壓沉積方法,用形成所述膜的塑性材料的均勻連續(xù)薄膜(18)覆蓋所述液體(16),然后-將所述膜與該液體分離。21、根據(jù)權(quán)利要求20的方法,其特征在于,所述塑性材料是聚對(duì)二曱苯,也被稱作帕利靈。22、根據(jù)權(quán)利要求20和21之一的方法,其特征在于,所述液體(16)具有低于所述沉積壓力的飽和蒸氣壓。23、根據(jù)權(quán)利要求20和21之一的方法,其特征在于,所述液體(16)具有接近所述沉積壓力的飽和蒸氣壓。24、根據(jù)權(quán)利要求20-23中任一項(xiàng)的方法,其特征在于,通過剝離將所述膜與所述液體(16)分離,以形成自支撐薄膜(18)。25、根據(jù)權(quán)利要求23和24的方法,其特征在于,所述薄膜(18)具有兩個(gè)具有不同物理性能的面。全文摘要本發(fā)明涉及膜裝置的制備方法,該方法在于提供基體(24);沉積液體(16)到該基體;并且通過低壓沉積方法,用形成所述膜的塑性材料的均勻連續(xù)薄膜(18)覆蓋所述液體(16)和至少與所述液體(16)鄰接的基體部分。文檔編號(hào)G02B1/06GK101099095SQ200580046044公開日2008年1月2日申請(qǐng)日期2005年12月6日優(yōu)先權(quán)日2004年12月16日發(fā)明者H·克普納,M·本凱拉申請(qǐng)人:Arc工程學(xué)院