Procedimiento para moldear superficies de materiales curables.

Se describe un procedimiento para moldear la superficie de materiales curables que comprende las etapas de: formar gotas de un líquido iónico sobre la superficie de un sustrato sólido; recubrir el sustrato así como las gotas con un material curable; curar el material; y, separar el material curado, obteniendo como resultado una superficie sólida que presenta una topografía de características superficiales idénticas a las de las superficies de las gotas del líquido iónico formadas sobre el sustrato.

Procedimiento para moldear superficies de materiales curables.

Campo de la invención La presente invención está relacionada con las técnicas empleadas en litografía para la formación de topografías sobre sustratos, y más particularmente, está relacionada con un procedimiento que genera topografías curvas bien definidas en la superficie de materiales curables, desde escalas microscópicas hasta macroscópicas.

Antecedentes de la invención Es conocido que las técnicas litográficas, permiten formar topografías sobre sustratos sólidos, esta técnicas se encuentran bien desarrolladas y producen usualmente topografías que contienen básicamente partes rectas tales como aristas o esquinas, cilindros, canales de sección rectangular, pirámides, etc.

Por ejemplo, la litografía “soft” comprende una serie de técnicas o procedimientos para modificar la topografía de las superficies de materiales blandos a escala microscópica mediante la replicación, en la superficie de estos materiales, de plantillas o másteres generadas normalmente mediante técnicas de litografía convencional, entre las que se puede mencionar, fotolitografía, litografía de electrones, etcétera, con estos procedimientos se obtienen replicas inversas de las plantillas originales, potencialmente hasta escalas nanométricas.

Aunque estos procedimientos presentan en la actualidad un amplio grado de desarrollo, los procesos de fabricación de las plantillas impiden la obtención de algunos tipos de estructuras topográficas, es decir, geometrías esféricas, curvas, elipsoidales etc.

Esta problemática ha provocado un gran interés en los últimos años por el desarrollo de metodologías innovadoras para la obtención de estructuras tridimensionales curvas en la superficie de materiales blandos, topografía inhabitual en superficies sólidas. No obstante, todas ellas implican un alto coste o necesitan realizar procesos o utilizar técnicas altamente sofisticadas.

Una alternativa consiste en el empleo de gotas de líquidos como moldes litográficos, ya que éstas poseen superficies que exhiben formas curvas como resultado de su tensión/energía superficial. Por ejemplo, las gotas de pequeño tamaño adoptan forma de casquete esférico cuando se depositan sobre superficies sólidas planas. En la actualidad, las técnicas de formación y dispensación de microgotas de distinta naturaleza están siendo rápidamente desarrolladas, especialmente en el campo de la microfluídica y en tecnologías “lab-on-a-chip”, lo que permite utilizar de forma masiva gotas de líquido, del tamaño deseado, como plantillas litográficas.

El procedimiento evita las limitaciones de diseño y el alto coste asociados a los métodos litográficos convencionales. Sin embargo, el uso de gotas líquidas de pequeño tamaño no está siendo actualmente explotado debido a la volatilidad de los líquidos convencionales tal como se establece en los siguientes documentos:

Villarroya M., Abadal, G., Verd, J., Teva, J., Pérez-Murano, F., Figueras, E., Montserrat, J., Uranga, A., Esteve, J.& Barniol, N., Time-Resolved Evaporation Rate of Attoliter Glycerine Drops Using On-Chip CMOS Mass Sensors Based on Resonant Silicon Micro Cantilevers, IEEE Trans. Nanotechnol., 6, 509-512 (2007) .

NanoDispense (R) Contad Angle Measurements, FirstTenAngstroms Technical Note, http://www.firsttenangstroms. com (accessed October 2009) , 2004.

Ondarcuhu, T., Arcamone, J., Fang, A., Durou, H., Dujardin, E., Rius, G.& Perez-Murano, F. Controlled deposition of nanodroplets on a surface by liquid nanodispensing: Application to the study of the evaporation of femtoliter sessile droplets. Eur. Phys. J. Special Topics, 166, 15-20 (2009) .

Saya, D., Leïchlé, T., Pourciel, J. B., Bergaud, C.& Nicu, L., Collective fabrication of an in-plane silicon nanotip for parallel femtoliter droplet deposition. J. Micromech. Microeng., 17, N1-N5 (2007) .

Arcamone, J., Dujardin, E., Rius, G., Perez-Murano, F.& Ondarcuchu, T., Evaporation of Femtoliter Sessile Droplets Monitored with Nanomechanical Mass Sensors. J. Phys. Chem. B, 2007, 111, 13020-13027 (2007) .

Jung, Y.C.& Bhushan, B., Technique to measure contad angle of micro/nanodroplets using atomic force microscopy. J. Vac. Sci. Technol. A., 26, 777-782 (2008) .

Incluso la volatilidad se presenta en atmósferas saturadas, tal como menciona Butt, H.J., Golovko, D.S. & Bonaccurso, E., On the Derivation of Young’s Equation for Sessile Drops: Nonequilibrium Effects Due to Evaporation. J. Phys. Chem. B, 111, 5277-5283 (2007) .

Por lo que se observa, existe una necesidad de nuevas tecnologías que permitan la generación de superficies curvas en sustratos curables de forma controlada y a menor coste.

Sumario de la invención Para superar los problemas del arte previo, se provee un procedimiento que genera topografías curvas bien definidas en la superficie de materiales curables, desde escalas macroscópicas hasta microscópicas, que son características que están fuera del alcance utilizando los métodos convencionales de litografía.

Para ello, el procedimiento de la presente invención comprende como primera etapa formar gotas de un líquido iónico sobre la superficie de un sustrato sólido. Luego, se recubre el sustrato así como las gotas con un material curable; posteriormente, el material se cura, con cualquiera de los procesos de curado que lo solidifiquen, finalmente se separa el material curable ya curado del resto del sistema, obteniendo como resultado una superficie sólida que presenta una topografía de características superficiales idénticas a aquellas de las superficies de las gotas del líquido iónico formadas sobre el sustrato.

Las gotas empleadas, pueden ser de cualquier volumen, y en cualquier disposición es decir ordenada o desordenada.

Con el procedimiento de la presente invención, se crea una superficie sólida de un material curable que presenta cavidades de características topográficas idénticas a las aquellas de las superficies de gotas de líquidos iónicos.

Adicionalmente, el procedimiento de la presente invención confiere a las superficies resultantes una rugosidad similar a la que presentan las superficies de los líquidos (esto es, extremadamente baja) , hecho que supone una gran ventaja frente a otros métodos litográficos, ya que ésta es una característica de interés para sus aplicaciones tales como: microlentes, micro-reactores químicos y de cristalización.

Breve descripción de las figuras

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de esta descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La figura 1 es una representación esquemática de cómo se logra moldear una sustrato mediante una realización preferida del procedimiento de la presente invención.

La figura 2 muestra una serie de fotografías en sección transversal de los casquetes esféricos de distinta curvatura (cuantificada por el ángulo de contacto de la cavidad) formados en la superficie del PDMS para distintos sustratos sólidos: vidrio, cloruro de polivinilo (PVC) , poliestireno (PS) , polidimetilsiloxano (PDMS) y politetrafluoroetileno (PTFE) .

La figura 3 muestra un perfil esférico de la sección transversal de las cavidades formadas en la superficie del PDMS curable para los sustratos sólidos: vidrio, PVC, PS, PDMS y PTFE.

La figura 4 muestra una gráfica del ángulo de contacto de los casquetes esféricos frente al diámetro de la cavidad para los sustratos sólidos de la figura 3.

La figura 5 muestra una gráfica de las cavidades en función del espesor de la capa del material curable para los sustratos sólidos de la figura 3.

La figura 6 muestra una imagen obtenida mediante microscopía electrónica de barrido para un cristal de cloruro sódico en el interior de una cavidad formada en PDMS (sustrato: PDMS; líquido iónico: [BMIm][BF4]) .

La figura 7 muestra imágenes de microscopía óptica de lentes plano-cóncavas de diferente tamaño formadas en casquetes esféricos producidos al replicar gotas del líquido iónico [BMIm][BF4] depositadas... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para moldear la superficie de materiales curables, caracterizado porque comprende las etapas de:

a) formar gotas de un líquido iónico sobre la superficie de un sustrato sólido;

b) recubrir el sustrato así como las gotas con un material curable;

c) curar el material; y, d) separar el material curado.

2. Procedimiento para moldear la superficie de materiales curables, según la reivindicación 1, caracterizado porque el líquido iónico se selecciona de aquellos cuyo catión es imidazolio di o tri sustituido, piridinio sustituido, tetraalquilamonio y tetraalquilsulfonio.

3. Procedimiento para moldear la superficie de materiales curables, según la reivindicación1ó2, caracterizado porque el líquido iónico se selecciona de aquellos cuyo anión es halogenuro, sulfato, sulfonato, triflato, amida, imida, borato o fosfato.

4. Procedimiento para moldear la superficie de materiales curables, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 caracterizado porque el líquido iónico se selecciona del grupo que comprende: 1-etil-3-metil-imidazolio tetrafluoroborato, 1-butil-3-metil-imidazolio tetrafluoroborato, 1-hexil-3-metil-imidazolio tetrafluoroborato, 1-decil-3-metil-imidazolio tetrafluoroborato, 1-butil-3-metil-imidazolio hexafluorofosfato, 1-butil-3-metil-imidazolio cloruro, 1-butil-3metil-imidazolio metilsulfato, 1-butil-3-metil-imidazolio octilsulfato, etildimetil- (2-metoxietil) amonio tris (pentafluoroetil) trifluorofosfato, etil-dimetil-propilamonio bis (trifluorometilsulfonil) imida, metiltrioctilamonio trifluoroacetato, trihexil (tetradecil) fosfonio tris (pentafluoroetil) trifluorofosfato, guanidinio tris (pentafluoroetil) trifluoro fosfato, 4- (2Metoxietil) -4-metilmorfolinio tris (pentafluoroetil) trifluorofosfato, 1- (2-Metoxietil) -1-metilpiperidinio bis (trifluormetilsulfonil) imida, 1-butil-1-metilpirrolidinio bis[oxalato (2-) ]-borato, 1-butil-1-metilpirrolidinio bis (trifluorometilsulfonil) imida, 1-butil-1-metilpirrolidinio trifluorometanosulfonato y trietilsulfonio bis (trifluormetilsulfonil) imida.

5. Procedimiento para moldear la superficie de materiales curables, según cualquiera de las reivindicaciones1a4, caracterizado porque las gotas de líquido iónico se forman mediante activación neumática, piezoeléctrica, térmica, acústica, electrostática o inercial, nucleación/condensación, formación mediante una microjeringa o por arrastre de líquido

6. Procedimiento para moldear la superficie de materiales curables, según cualquiera de las reivindicaciones1a5, caracterizado porque las gotas tienen un ángulo de contacto desde 0 grados hasta los 180 grados.

7. Procedimiento para moldear la superficie de materiales curables, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el material curable se selecciona del grupo que comprende poli (dimetilxiloxano) (PDMS) , fluorosilicona, elastómeros, resinas epoxy, perfluoropolieters (PFPEs) .

8. Procedimiento para moldear la superficie de materiales curables, según cualquiera de las reivindicaciones1a7, caracterizado porque para curar el material curable éste se somete a termocuración por calentamiento, fotocuración por exposición a radiación ultravioleta, adición de compuestos químicos ó bombardeo con electrones.

9. Procedimiento para moldear la superficie de materiales curables, según cualquiera de las reivindicaciones1a8, caracterizado porque las gotas se forman en una disposición ordenada o desordena de cualquier volumen.

10. Una superficie moldeada que se obtiene de acuerdo al procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.

11. Una superficie moldeada, de conformidad con la reivindicación 10, caracterizada porque dicha superficie está incluida en un micro-reactor, un espejo o un lente.