インクジェット用途においてＡＬＤ／ＣＶＤ技術によるマルチスケールの粗さを介して超撥油性を高め、粘着を減少させること
【課題】様々な実施形態が、マルチスケールの超撥油性表面を有するデバイスと、金属含有微粒子を含む微粒子複合層が、マルチスケールの粗い表面をデバイスに提供するように、半導体層のざらつきのあるミクロン／サブミクロンの表面に形成されるデバイスを形成し使用する方法とを提供する。
【解決手段】超撥油性デバイス１００Ｃは基板１１０を覆って配置される柱構造、溝構造、およびそれらの組み合わせのうちの１つ以上によって形成されるざらつきのある表面を有する半導体層１３０を含み、ざらつきのある表面に配置される、複数の金属含有微粒子を有する適合性微粒子複合層を含む。さらに超撥油性デバイスは、マルチスケールの超撥油性表面をデバイスに提供するために、適合性微粒子複合層に配置される適合性撥油性コーティングを含む。
【解決手段】超撥油性デバイス１００Ｃは基板１１０を覆って配置される柱構造、溝構造、およびそれらの組み合わせのうちの１つ以上によって形成されるざらつきのある表面を有する半導体層１３０を含み、ざらつきのある表面に配置される、複数の金属含有微粒子を有する適合性微粒子複合層を含む。さらに超撥油性デバイスは、マルチスケールの超撥油性表面をデバイスに提供するために、適合性微粒子複合層に配置される適合性撥油性コーティングを含む。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
流体インクジェットシステムは、典型的には、流体の液滴が記録媒体に向かって排出される複数のインクジェットを有する１つ以上のプリントヘッドを含む。プリントヘッドのインクジェットは、プリントヘッドにおけるインク供給チャンバまたはインク供給マニフォールドからインクを受け取り、インク供給チャンバまたはインク供給マニフォールドも同様に、溶解インクのリザーバまたはインクカートリッジなどの供給源からインクを受け取る。各インクジェットは、インク供給マニフォールドと流体連通する一端を有するチャネルを含む。インクチャネルの他端は、インクの液滴を排出するためのオリフィスまたはノズルを有する。インクジェットノズルは、インクジェットノズルに対応する開口部を有するアパーチャプレートまたはノズルプレートに形成されてもよい。動作中、インクジェットノズルから記録媒体に流体の液滴を放出するために、液滴排出信号が、インクジェットにおけるアクチュエータを作動させる。記録媒体および／またはプリントヘッドアセンブリが、互いに対して動かされたときに、液滴を排出するためにインクジェットアクチュエータを選択的に作動させることによって、蒸着される液滴が、特定のテキストやグラフィック画像を記録媒体に形成するように正確にパターニングされることが出来る。
【０００２】
流体インクジェットシステムが直面する１つの問題点は、プリントヘッドの前面におけるインクの湿潤、垂れ、または溢れである。プリントヘッドの前面のこのような汚染は、インクジェットノズルおよびチャネルの遮断を引き起こし得るか、それに寄与し得、このことが、単独で、または濡れて汚染された前面と組み合わされて、液滴を発射させないか、液滴を出し損わせることがあり得るか、それに寄与し得、または記録媒体上における、通常より小さいサイズか誤ったサイズの液滴、衛星のような液滴、もしくは誤った方向に向けられた液滴の原因となり得るか、それに寄与し得、その結果、印刷品質の低下となる。
【０００３】
現在のプリントヘッド前面のコーティングは、典型的には、スパッタリングされたポリテトラフルオロエチレンコーティングである。プリントヘッドが、傾斜されたときに、７５℃〜９５℃の間の典型的な噴射温度におけるＵＶゲルインク、および約１０５℃の典型的な噴射温度における固体インクは、プリントヘッド前面の表面で容易には滑動しない。むしろ、これらのインクは、プリントヘッド前面に沿って粘着して流れ、そして、噴射を妨げ得るインク膜または残余物をプリントヘッドに残す。このため、ＵＶインクおよび固体インクのプリントヘッドの前面は、ＵＶインクおよび固体インクによって汚染されやすい。一部の場合において、汚染されたプリントヘッドは、メンテナンスユニットを用いて回復されたり、清掃されたりすることが出来る。しかしながら、このような手法は、システムの複雑さという課題、ハードウェアの費用という課題、そして時には、信頼性という課題を持ち込む。
【０００４】
単独で、または超疎水特性と組み合わされて、超撥油特性を有するデバイスを準備するための材料および方法に対する必要性が、残っている。さらに、インクジェットプリントヘッド前面のために現在入手可能なコーティングは、それらの意図された目的のためには適切であるが、プリントヘッド前面に渡ったＵＶインクまたは固体インクの湿潤、垂れ、溢れ、または汚染を減らすか、排除する、プリントヘッド前面設計の改善、インクとの親和性が欠けているか、撥油性があり、そして、プリントヘッド前面を拭くことなどのメンテナンス手順に耐えるように頑丈である、プリントヘッド前面設計の改善、および／または容易に清掃されるか、自己清掃し、それによりメンテナンスユニットの必要性などのハードウェアの複雑さを排除し、ランニングコストを減らし、システムの信頼性を改善する、プリントヘッド前面設計の改善に対して、必要性が、残っている。
【発明の概要】
【０００５】
様々な実施形態に従って、本教示は、超撥油性デバイスを含む。超撥油性デバイスは、基板を覆って配置される半導体層を含むことが出来る。半導体層は、柱構造、溝構造、およびそれらの組み合わせのうちの１つ以上によって形成されるざらつきのある表面を有することが出来る。超撥油性デバイスはまた、半導体層のざらつきのある表面に配置される適合性微粒子複合層を含むことが出来る。適合性微粒子複合層の表面は、複数の金属含有微粒子を有することが出来る。超撥油性デバイスはさらに、マルチスケールの超撥油性表面をデバイスに提供するために、適合性微粒子複合層に配置される適合性撥油性コーティングを含むことが出来る。
【０００６】
様々な実施形態に従って、本教示はまた、超撥油性デバイスを形成する方法を含む。超撥油性デバイスは、柱構造、溝構造、およびそれらの組み合わせのうちの１つ以上によって形成されるざらつきのある表面を有する半導体層を含むように形成されることが出来る。次に、微粒子複合層は、適合性微粒子複合層の表面が、複数の金属含有微粒子を含むことが出来るように、半導体層のざらつきのある表面に適合するように形成されることが出来る。微粒子複合層は、マルチスケールの超撥油性表面をデバイスに提供するために、微粒子複合層の上に撥油性コーティングを適合するように配置することによって化学的に改変されることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１Ａ】本教示の様々な実施形態に従った、製造の様々な段階における、マルチスケールの超撥油性表面を有する例示的なデバイスを描く。
【図１Ｂ】本教示の様々な実施形態に従った、製造の様々な段階における、マルチスケールの超撥油性表面を有する例示的なデバイスを描く。
【図１Ｃ】本教示の様々な実施形態に従った、製造の様々な段階における、マルチスケールの超撥油性表面を有する例示的なデバイスを描く。
【図２Ａ】本教示の様々な実施形態に従った、製造の様々な段階における、マルチスケールの超撥油性表面を有する別の例示的なデバイスを描く。
【図２Ｂ】本教示の様々な実施形態に従った、製造の様々な段階における、マルチスケールの超撥油性表面を有する別の例示的なデバイスを描く。
【図２Ｃ】本教示の様々な実施形態に従った、製造の様々な段階における、マルチスケールの超撥油性表面を有する別の例示的なデバイスを描く。
【図３】本教示の様々な実施形態に従った、柱のアレイで形成されたざらつきのある表面を有する例示的な半導体層の斜視図を描く。
【図４】本教示の様々な実施形態に従った、溝構造で形成されたざらつきのある表面を有する例示的な半導体層の斜視図を描く。
【図５】本教示の様々な実施形態に従った、マルチスケールの超撥油性デバイスを含む例示的なプリントヘッドを描く。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
詳細な説明
様々な実施形態が、マルチスケールの超撥油性表面を有するデバイスと、そのデバイスを形成し使用する方法とを提供する。一実施形態において、例示的なデバイスは、基板を覆って配置される半導体層を含むことが出来る。半導体層は、溝構造および／または柱構造によって形成されるざらつきのある表面を含み、ミクロンおよび／またはサブミクロンのスケールレベルをデバイスの表面に提供することが出来る。複数の金属含有微粒子を有する表面を有する適合性微粒子複合層が、半導体層に重なって存在し、たとえば、ナノスケールなどで、さらなるスケールレベルをデバイスの表面に提供することが出来る。その結果、デバイスは、たとえば、マイクロスケールからサブマイクロスケールに、そしてナノスケールに変化するスケールレベルを含む表面などの「マルチスケールの表面」を有することが出来る。金属含有微粒子を有する表面に重なって、「マルチスケールの」超撥油性表面をデバイスに提供するための適合性撥油性コーティングが、存在してもよい。
【０００９】
図１Ａ〜図１Ｃおよび図２Ａ〜図２Ｃは、本教示の様々な実施形態に従った、それらの製造の様々な段階における例示的なデバイスを描く。本明細書において使用されるように、「マルチスケールの超撥油性表面を有するデバイス」という用語は、本明細書において、「マルチスケールの超撥油性デバイス」とも呼ばれる。
【００１０】
図１Ａにおいて、デバイス１００Ａは、基板１１０を覆って配置または形成される半導体層１３０を含むことが出来る。実施形態において、基板１１０は、たとえば、柔軟性のある基板であり得る。本明細書において、任意の適切な材料が、柔軟性のある基板のために選択されることが出来る。柔軟性のある基板は、プラスチック膜または金属膜であり得る。特定の実施形態において、柔軟性のある基板は、ポリイミド膜、ポリエチレンナフタレート膜、ポリエチレンテレフタレート膜、ポリエチレンスルホン、ポリエチレンイミド、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、銅などから選択され得るか、それらの組み合わせであり得るが、それらには限定されない。柔軟性のある基板は、任意の適切な厚さであり得る。実施形態において、基板は、約５マイクロメートルから約１００マイクロメートル、または約１０マイクロメートルから約５０マイクロメートルの厚さを有することが出来る。
【００１１】
半導体層１３０は、たとえば、アモルファスシリコンのシリコン層であり得る。半導体層１３０は、基板１１０の広い範囲にアモルファスシリコンの薄い層を蒸着させることによって準備されることが出来る。シリコンの薄い層は、任意の適切な厚さを有することが出来る。実施形態において、シリコン層は、約５００ｎｍから約５μｍ、または約１μｍから約５μｍの厚さ、たとえば、約３μｍの厚さで基板１１０に蒸着されることが出来る。シリコンの層は、たとえば、スパッタリング、化学気相蒸着、超高周波プラズマ強化化学気相蒸着、マイクロ波プラズマ強化化学気相蒸着、プラズマ強化化学気相蒸着、インラインプロセスにおける超音波ノズルの使用などによって形成されることが出来る。
【００１２】
半導体層１３０は、たとえば、図３に示されるような柱のアレイ３００として配置される柱構造、および／または図４に示されるような溝構造４００を含むざらつきのある表面を有することが出来る。図３における各柱構造３３０および／または図４における各溝構造４３０はさらに、たとえば、波状側壁１３５（図１Ａも参照されたい）を含むことが出来る。
【００１３】
図１Ａおよび図３〜図４に示される波状側壁を有する柱のアレイおよび／または溝構造は、たとえば、当業者に公知の様々な適切なパターニング方法およびエッチング方法によって、フォトリソグラフィ技術を使用して、たとえば、半導体層上に、または半導体層に作成されることが出来る。デバイス１００Ａを形成するための例示的な実施形態において、フォトレジスト層が、柔軟性のある基板に蒸着されたシリコン層に形成されることが出来る。次に、フォトレジスト層は、露光、現像、そしてパターニングされることが出来、そして、下にあるシリコンのエッチングプロセス（たとえば、ウェットエッチング、深堀り反応性イオンエッチング、またはプラズマエッチング）のためのエッチングマスクとして使用されることが出来る。各エッチングサイクルは、所望の波状側壁１３５からの複数の波形のうちの１つの波形に対応し得る。
【００１４】
実施形態において、図１Ａに示されるような波形側壁を有する代わりに、柱のアレイにおける各柱構造および／または複数の溝構造における各溝構造が、たとえば、図２Ａに示されるような１つ以上のオーバーハング構造を含んでもよい。
【００１５】
たとえば、それぞれがオーバーハング構造２３７を有する柱のアレイおよび／または溝構造は、半導体層２３０（たとえば、酸化シリコン層）によって形成されることが出来る。半導体層２３０は、第２のシリコン半導体層などの層２２０を覆って形成されることが出来る。一実施形態において、層２２０を覆う層２３０は、「Ｔ」字型であり得る。層２２０は、図１Ａにおける基板１１０と同じであっても異なってもよい基板１１０を覆って形成されることが出来る。
【００１６】
例示的な実施形態において、図２Ａにおけるデバイス２００Ａは、最初に、柔軟性のある基板を提供することによって形成されることが出来る。次に、シリコン層が、柔軟性のある基板に蒸着され、そして次に清掃されることが出来る。例示的なＳｉＯ２の薄い膜は、たとえば、スパッタリング、またはプラズマ強化化学気相蒸着によって、清掃されたシリコン層に蒸着されることが出来る。これに、たとえば、柔軟性のある基板上の、酸化シリコンでコーティングされたシリコン層にフォトレジスト材料を塗布するステップと、たとえば、フッ素ベース（ＳＦ６／Ｏ２）の反応性イオンエッチングプロセスを使用して、柱構造および／または溝構造を含む、ＳｉＯ２層におけるざらつきのあるパターンを画定するためにフォトレジスト材料を露光し現像するステップとが、続くことが出来、それに、オーバーハング構造２３７を作成するためのホットストリッピングが続く。
【００１７】
図１Ａおよび図２Ａに戻って参照すると、デバイス１００Ａおよび／または２００Ａのざらつきのある表面は、マイクロスケールで、柱構造および／または溝構造によって形成されることが出来、一方、各柱構造および／または各溝構造は、サブマイクロスケールで、波状側壁の構造および／またはオーバーハング構造を有することが出来る。
【００１８】
たとえば、各柱構造／各溝構造は、約０．３マイクロメートルから約４マイクロメートル、または約０．５マイクロメートルから約３マイクロメートル、あるいは約１マイクロメートルから約２．５マイクロメートルの範囲の高さを有することが出来る。
【００１９】
波状側壁を有する各柱構造／各溝構造は、約１マイクロメートルから約２０マイクロメートル、または約２マイクロメートルから約１５マイクロメートル、あるいは約２マイクロメートルから約５マイクロメートルの範囲の平均幅または平均直径を有することが出来る。波状側壁の各波形は、約１００ナノメートルから約１，０００ナノメートル、たとえば、約２５０ナノメートルであり得る。
【００２０】
各オーバーハング構造は、たとえば、底部構造よりも大きい上部幅または上部直径と、底部構造よりも小さい上部の厚さ／高さとを有する上部構造を含むＴ字型構造を有し得、上部幅または上部直径は、約１マイクロメートルから約２０マイクロメートル、または約２マイクロメートルから約１５マイクロメートル、あるいは約２マイクロメートルから約５マイクロメートルの範囲であり、底部の幅／直径は、約０．５マイクロメートルから約１５マイクロメートル、または約１マイクロメートルから約１２マイクロメートル、あるいは約１．５マイクロメートルから約４マイクロメートルであり得る。
【００２１】
実施形態において、ざらつきのある表面を形成するための、波状側壁および／もしくはオーバーハング構造を有する柱のアレイ、ならびに／または波状側壁および／もしくはオーバーハング構造を有する溝構造は、デバイス１００Ａおよび／または２００Ａの表面積全体に対して、約０．５％から約４０％、または約１％から約３０％、あるいは約４％から約２０％のベタ領域範囲を有することが出来る。実施形態において、柱のアレイおよび／または溝構造の寸法、形状、および／またはベタ領域範囲は、限定されない。たとえば、柱構造および溝構造は、円形、楕円形、正方形、長方形、三角形、または星型を含む断面形状を有することが出来るが、それらには限定されない。
【００２２】
図１Ｂおよび図２Ｂにおいてそれぞれ示されたような微粒子複合層１５０は、次に、デバイス１００Ａおよび／または２００Ａのざらつきのある表面の表面全体に適合するように配置されることが出来る。適合性微粒子複合層１５０の表面は、成形されたデバイスの表面の形態をさらに制御するために、約１ナノメートルから約２００ナノメートル、または約５ナノメートルから約１５０ナノメートル、あるいは約１０ナノメートルから約１００ナノメートルの範囲の少なくとも１つの寸法を有する、ナノスケールである複数の金属含有微粒子を含んでもよい。
【００２３】
複数の金属含有微粒子は、たとえば、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＳｉＣ、ＴｉＣ、Ｆｅ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＨｆＯ２、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＧｅＯ２、ＷＮ、ＮｂＮ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｐｔ、ＺｎＳ、および／またはそれらの組み合わせで形成されることが出来る。実施形態において、適合性微粒子複合層１５０は、約１ナノメートルから約２００ナノメートル、または約５ナノメートルから約１５０ナノメートル、あるいは約１０ナノメートルから約１００ナノメートルの範囲の層の厚さを有することが出来る。一部の場合において、金属含有微粒子に加えて、適合性微粒子複合層１５０は、微粒子層と基板との間の良好な接着を確実にするために、たとえば、酸化シラン、Ａｌ−Ｏ−Ａｌ（ＣＨ３）２またはＡｌＯＨなどの酸化アルキルアルミニウム、ＳｉＯｘ−（ＣＨ２）２−ＳｉＯｘ、酸化亜鉛、酸化スズなどを含むことが出来る。
【００２４】
金属含有粒子を含む微粒子複合層１５０を形成するために、任意の適切な方法およびプロセスが、使用されることが出来る。たとえば、微粒子複合層１５０は、原子層蒸着（ＡＬＤ）、化学気相蒸着（ＣＶＤ）、または他の適切なプロセス、および／またはそれらの組み合わせによって、１００Ａおよび２００Ａのざらつきのある表面全体を覆って適合するように形成されることが出来る。例示的な実施形態において、微粒子複合層１５０は、たとえば、ＡＬＤおよびＣＶＤを含むハイブリッドのプロセスによって準備された複数のＡｌ２Ｏ３微粒子および酸化シランを含むことが出来る。
【００２５】
図１Ｃおよび図２Ｃにおいて、微粒子複合層１５０は、次に、デバイス１００Ｂおよび２００Ｂのマルチスケールの表面の撥油性の性質を提供または増強するなど、所望の表面特徴をさらに提供するために、化学的に改変されることが出来る。微粒子複合層１５０の任意の適切な化学処理が、使用されることが出来る。たとえば、過フッ化アルキル鎖を含む自己集合層１６０が、微粒子複合層１５０に蒸着されることが出来る。
【００２６】
分子気相蒸着（ＭＶＤ）技術、ＣＶＤ技術、または溶液塗装技術などの様々な技術が、微粒子複合層１５０の表面に過フッ化アルキル鎖の自己集合層を蒸着させるために使用されることが出来る。実施形態において、ざらつきのある基板を化学的に改変することは、ＭＶＤ技術、ＣＶＤ技術、溶液自己集合技術を介して、図１Ｂおよび／または図２Ｂに示されたマルチスケールの表面にフルオロシランコーティングを適合するように自己集合させることによる化学的な改変を含むことが出来る。特定の実施形態において、化学的な改変は、ＭＶＤ技術または溶液塗装技術を使用して、トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチルトリクロロシラン、トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチルトリメトキシシラン、トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチルトリエトキシシラン、ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチルトリクロロシラン、ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチルトリメトキシシラン、ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチルトリエトキシシラン、またはそれらの組み合わせなどによって集合させられた層を配置することを含むことが出来る。
【００２７】
このように、例示的なデバイスは、超撥油性であるマルチスケールの表面を提供するために、図１Ｃおよび図２Ｃに示されたように形成されることが出来る。実施形態において、例示的なデバイスは、超撥油性であるだけではなく超疎水性でもある表面を有することが出来る。
【００２８】
炭化水素ベースの液体、たとえば、ヘキサデカンまたはインクの液滴は、たとえば、約１００°から約１７５°、または約１２０°から約１７０°の範囲の約１００°以上の接触角度などの非常に高い接触角度をデバイス１００Ｃおよび２００Ｃのマルチスケールの超撥油性表面と形成することが出来る。炭化水素ベースの液体の液滴はまた、約１°から約３０°、または約１°から約２５°、あるいは約１°から約２０°の滑動角度を、開示されるマルチスケールの超撥油性表面と形成することが出来る。
【００２９】
一部の場合において、水の液滴が、たとえば、約１２０°から約１７５°、または約１３０°から約１６５°の範囲の約１２０°以上の接触角度などの高い接触角度を、開示されるマルチスケールの超撥油性表面と形成することが出来る。水の液滴はまた、約１°から約３０°、または約１°から約２５°、あるいは約１°から約２０°の滑動角度などの滑動角度をマルチスケールの超撥油性表面と形成することが出来る。
【００３０】
実施形態において、マルチスケールの超撥油性デバイスが、インクジェットプリントヘッドの前面に組み込まれたときには、紫外線（ＵＶ）ゲルインク（本明細書において「ＵＶインク」とも呼ばれる）の噴出された液滴、および／または固体インクの噴出された液滴は、マルチスケールの超撥油性表面に対して低い粘着性を示すことが出来る。本明細書において使用されるように、「インクの液滴」という用語は、紫外線（ＵＶ）ゲルインクの噴射された液滴、および／または固体インクの噴射された液滴を指す。
【００３１】
したがって、マルチスケールの超撥油性デバイスは、インクジェットプリントヘッドの前面のための、抗湿潤で、掃除が容易で、自己清掃する表面デバイスとして使用されることが出来る。なぜならば、インクの液滴と表面との間の粘着性が低いからである。たとえば、マルチスケールの超撥油性デバイスは、インクジェットプリントヘッドのステンレス鋼のアパーチャプレートなどの前面に接合されることが出来る。
【００３２】
図５は、本教示の様々な実施形態に従った、マルチスケールの超撥油性デバイスを含む例示的なプリントヘッド５００を描く。示されるように、例示的なプリントヘッド５００は、一方の表面におけるトランスデューサ５０４と、反対側の表面における音響レンズ５０６とを有する基部基板５０２を含むことが出来る。液体レベル制御プレート５０８が、基部基板５０２から間隔を置かれることが出来る。様々な実施形態に従ったマルチスケールの超撥油性デバイスは、プレート５０８に沿って配置されることが出来る。基部基板５０２と液体レベル制御プレート５０８とは、流れる液体５１２を保持するチャネルを画定することが出来る。液体レベル制御プレート５０８は、アパーチャ５１６のアレイ５１４を含むことが出来る。トランスデューサ５０４と、音響レンズ５０６と、アパーチャ５１６とは全て、軸方向に整列可能であり、それにより、単一のトランスデューサ５０４によって生成される音響波の焦点は、それと整列されたアパーチャ５１６における液体５１２の自由表面５１８の近くにおいて、それと整列された音響レンズ５０６によって合わせることが出来る。充分な力が、得られたときに、液滴は、表面５１８から排出されることが出来る。
【００３３】
例示的なプリントヘッド５００は、インクによる汚染を防ぐことが出来る。なぜならば、インクの液滴は、マルチスケールの超撥油性表面により、プリントヘッドの前面から転がり落ち、残余物を残さない。マルチスケールの超撥油性表面は、その超撥油性により、インクジェットプリントヘッドのアパーチャプレートに高い垂れ圧を提供することが出来る。概して、インクの接触角度が、大きくなれば、大きくなるほど、垂れ圧が、より良く（より高く）なる。垂れ圧は、インクのタンク（リザーバ）の圧力が、増加したときに、アパーチャプレートが、ノズル開口部からのインクの滴りを回避する能力に関連する。すなわち、本明細書に記載されたマルチスケールの超撥油性デバイスは、紫外線硬化可能ゲルインクおよび／または固体インクのインクの液滴に対して、低粘着性と高接触角度とを提供することが出来、このことが、垂れ圧の改善またはノズルからのインクの滴りの減少（または排除）という利益をさらに提供する。
【背景技術】
【０００１】
流体インクジェットシステムは、典型的には、流体の液滴が記録媒体に向かって排出される複数のインクジェットを有する１つ以上のプリントヘッドを含む。プリントヘッドのインクジェットは、プリントヘッドにおけるインク供給チャンバまたはインク供給マニフォールドからインクを受け取り、インク供給チャンバまたはインク供給マニフォールドも同様に、溶解インクのリザーバまたはインクカートリッジなどの供給源からインクを受け取る。各インクジェットは、インク供給マニフォールドと流体連通する一端を有するチャネルを含む。インクチャネルの他端は、インクの液滴を排出するためのオリフィスまたはノズルを有する。インクジェットノズルは、インクジェットノズルに対応する開口部を有するアパーチャプレートまたはノズルプレートに形成されてもよい。動作中、インクジェットノズルから記録媒体に流体の液滴を放出するために、液滴排出信号が、インクジェットにおけるアクチュエータを作動させる。記録媒体および／またはプリントヘッドアセンブリが、互いに対して動かされたときに、液滴を排出するためにインクジェットアクチュエータを選択的に作動させることによって、蒸着される液滴が、特定のテキストやグラフィック画像を記録媒体に形成するように正確にパターニングされることが出来る。
【０００２】
流体インクジェットシステムが直面する１つの問題点は、プリントヘッドの前面におけるインクの湿潤、垂れ、または溢れである。プリントヘッドの前面のこのような汚染は、インクジェットノズルおよびチャネルの遮断を引き起こし得るか、それに寄与し得、このことが、単独で、または濡れて汚染された前面と組み合わされて、液滴を発射させないか、液滴を出し損わせることがあり得るか、それに寄与し得、または記録媒体上における、通常より小さいサイズか誤ったサイズの液滴、衛星のような液滴、もしくは誤った方向に向けられた液滴の原因となり得るか、それに寄与し得、その結果、印刷品質の低下となる。
【０００３】
現在のプリントヘッド前面のコーティングは、典型的には、スパッタリングされたポリテトラフルオロエチレンコーティングである。プリントヘッドが、傾斜されたときに、７５℃〜９５℃の間の典型的な噴射温度におけるＵＶゲルインク、および約１０５℃の典型的な噴射温度における固体インクは、プリントヘッド前面の表面で容易には滑動しない。むしろ、これらのインクは、プリントヘッド前面に沿って粘着して流れ、そして、噴射を妨げ得るインク膜または残余物をプリントヘッドに残す。このため、ＵＶインクおよび固体インクのプリントヘッドの前面は、ＵＶインクおよび固体インクによって汚染されやすい。一部の場合において、汚染されたプリントヘッドは、メンテナンスユニットを用いて回復されたり、清掃されたりすることが出来る。しかしながら、このような手法は、システムの複雑さという課題、ハードウェアの費用という課題、そして時には、信頼性という課題を持ち込む。
【０００４】
単独で、または超疎水特性と組み合わされて、超撥油特性を有するデバイスを準備するための材料および方法に対する必要性が、残っている。さらに、インクジェットプリントヘッド前面のために現在入手可能なコーティングは、それらの意図された目的のためには適切であるが、プリントヘッド前面に渡ったＵＶインクまたは固体インクの湿潤、垂れ、溢れ、または汚染を減らすか、排除する、プリントヘッド前面設計の改善、インクとの親和性が欠けているか、撥油性があり、そして、プリントヘッド前面を拭くことなどのメンテナンス手順に耐えるように頑丈である、プリントヘッド前面設計の改善、および／または容易に清掃されるか、自己清掃し、それによりメンテナンスユニットの必要性などのハードウェアの複雑さを排除し、ランニングコストを減らし、システムの信頼性を改善する、プリントヘッド前面設計の改善に対して、必要性が、残っている。
【発明の概要】
【０００５】
様々な実施形態に従って、本教示は、超撥油性デバイスを含む。超撥油性デバイスは、基板を覆って配置される半導体層を含むことが出来る。半導体層は、柱構造、溝構造、およびそれらの組み合わせのうちの１つ以上によって形成されるざらつきのある表面を有することが出来る。超撥油性デバイスはまた、半導体層のざらつきのある表面に配置される適合性微粒子複合層を含むことが出来る。適合性微粒子複合層の表面は、複数の金属含有微粒子を有することが出来る。超撥油性デバイスはさらに、マルチスケールの超撥油性表面をデバイスに提供するために、適合性微粒子複合層に配置される適合性撥油性コーティングを含むことが出来る。
【０００６】
様々な実施形態に従って、本教示はまた、超撥油性デバイスを形成する方法を含む。超撥油性デバイスは、柱構造、溝構造、およびそれらの組み合わせのうちの１つ以上によって形成されるざらつきのある表面を有する半導体層を含むように形成されることが出来る。次に、微粒子複合層は、適合性微粒子複合層の表面が、複数の金属含有微粒子を含むことが出来るように、半導体層のざらつきのある表面に適合するように形成されることが出来る。微粒子複合層は、マルチスケールの超撥油性表面をデバイスに提供するために、微粒子複合層の上に撥油性コーティングを適合するように配置することによって化学的に改変されることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１Ａ】本教示の様々な実施形態に従った、製造の様々な段階における、マルチスケールの超撥油性表面を有する例示的なデバイスを描く。
【図１Ｂ】本教示の様々な実施形態に従った、製造の様々な段階における、マルチスケールの超撥油性表面を有する例示的なデバイスを描く。
【図１Ｃ】本教示の様々な実施形態に従った、製造の様々な段階における、マルチスケールの超撥油性表面を有する例示的なデバイスを描く。
【図２Ａ】本教示の様々な実施形態に従った、製造の様々な段階における、マルチスケールの超撥油性表面を有する別の例示的なデバイスを描く。
【図２Ｂ】本教示の様々な実施形態に従った、製造の様々な段階における、マルチスケールの超撥油性表面を有する別の例示的なデバイスを描く。
【図２Ｃ】本教示の様々な実施形態に従った、製造の様々な段階における、マルチスケールの超撥油性表面を有する別の例示的なデバイスを描く。
【図３】本教示の様々な実施形態に従った、柱のアレイで形成されたざらつきのある表面を有する例示的な半導体層の斜視図を描く。
【図４】本教示の様々な実施形態に従った、溝構造で形成されたざらつきのある表面を有する例示的な半導体層の斜視図を描く。
【図５】本教示の様々な実施形態に従った、マルチスケールの超撥油性デバイスを含む例示的なプリントヘッドを描く。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
詳細な説明
様々な実施形態が、マルチスケールの超撥油性表面を有するデバイスと、そのデバイスを形成し使用する方法とを提供する。一実施形態において、例示的なデバイスは、基板を覆って配置される半導体層を含むことが出来る。半導体層は、溝構造および／または柱構造によって形成されるざらつきのある表面を含み、ミクロンおよび／またはサブミクロンのスケールレベルをデバイスの表面に提供することが出来る。複数の金属含有微粒子を有する表面を有する適合性微粒子複合層が、半導体層に重なって存在し、たとえば、ナノスケールなどで、さらなるスケールレベルをデバイスの表面に提供することが出来る。その結果、デバイスは、たとえば、マイクロスケールからサブマイクロスケールに、そしてナノスケールに変化するスケールレベルを含む表面などの「マルチスケールの表面」を有することが出来る。金属含有微粒子を有する表面に重なって、「マルチスケールの」超撥油性表面をデバイスに提供するための適合性撥油性コーティングが、存在してもよい。
【０００９】
図１Ａ〜図１Ｃおよび図２Ａ〜図２Ｃは、本教示の様々な実施形態に従った、それらの製造の様々な段階における例示的なデバイスを描く。本明細書において使用されるように、「マルチスケールの超撥油性表面を有するデバイス」という用語は、本明細書において、「マルチスケールの超撥油性デバイス」とも呼ばれる。
【００１０】
図１Ａにおいて、デバイス１００Ａは、基板１１０を覆って配置または形成される半導体層１３０を含むことが出来る。実施形態において、基板１１０は、たとえば、柔軟性のある基板であり得る。本明細書において、任意の適切な材料が、柔軟性のある基板のために選択されることが出来る。柔軟性のある基板は、プラスチック膜または金属膜であり得る。特定の実施形態において、柔軟性のある基板は、ポリイミド膜、ポリエチレンナフタレート膜、ポリエチレンテレフタレート膜、ポリエチレンスルホン、ポリエチレンイミド、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、銅などから選択され得るか、それらの組み合わせであり得るが、それらには限定されない。柔軟性のある基板は、任意の適切な厚さであり得る。実施形態において、基板は、約５マイクロメートルから約１００マイクロメートル、または約１０マイクロメートルから約５０マイクロメートルの厚さを有することが出来る。
【００１１】
半導体層１３０は、たとえば、アモルファスシリコンのシリコン層であり得る。半導体層１３０は、基板１１０の広い範囲にアモルファスシリコンの薄い層を蒸着させることによって準備されることが出来る。シリコンの薄い層は、任意の適切な厚さを有することが出来る。実施形態において、シリコン層は、約５００ｎｍから約５μｍ、または約１μｍから約５μｍの厚さ、たとえば、約３μｍの厚さで基板１１０に蒸着されることが出来る。シリコンの層は、たとえば、スパッタリング、化学気相蒸着、超高周波プラズマ強化化学気相蒸着、マイクロ波プラズマ強化化学気相蒸着、プラズマ強化化学気相蒸着、インラインプロセスにおける超音波ノズルの使用などによって形成されることが出来る。
【００１２】
半導体層１３０は、たとえば、図３に示されるような柱のアレイ３００として配置される柱構造、および／または図４に示されるような溝構造４００を含むざらつきのある表面を有することが出来る。図３における各柱構造３３０および／または図４における各溝構造４３０はさらに、たとえば、波状側壁１３５（図１Ａも参照されたい）を含むことが出来る。
【００１３】
図１Ａおよび図３〜図４に示される波状側壁を有する柱のアレイおよび／または溝構造は、たとえば、当業者に公知の様々な適切なパターニング方法およびエッチング方法によって、フォトリソグラフィ技術を使用して、たとえば、半導体層上に、または半導体層に作成されることが出来る。デバイス１００Ａを形成するための例示的な実施形態において、フォトレジスト層が、柔軟性のある基板に蒸着されたシリコン層に形成されることが出来る。次に、フォトレジスト層は、露光、現像、そしてパターニングされることが出来、そして、下にあるシリコンのエッチングプロセス（たとえば、ウェットエッチング、深堀り反応性イオンエッチング、またはプラズマエッチング）のためのエッチングマスクとして使用されることが出来る。各エッチングサイクルは、所望の波状側壁１３５からの複数の波形のうちの１つの波形に対応し得る。
【００１４】
実施形態において、図１Ａに示されるような波形側壁を有する代わりに、柱のアレイにおける各柱構造および／または複数の溝構造における各溝構造が、たとえば、図２Ａに示されるような１つ以上のオーバーハング構造を含んでもよい。
【００１５】
たとえば、それぞれがオーバーハング構造２３７を有する柱のアレイおよび／または溝構造は、半導体層２３０（たとえば、酸化シリコン層）によって形成されることが出来る。半導体層２３０は、第２のシリコン半導体層などの層２２０を覆って形成されることが出来る。一実施形態において、層２２０を覆う層２３０は、「Ｔ」字型であり得る。層２２０は、図１Ａにおける基板１１０と同じであっても異なってもよい基板１１０を覆って形成されることが出来る。
【００１６】
例示的な実施形態において、図２Ａにおけるデバイス２００Ａは、最初に、柔軟性のある基板を提供することによって形成されることが出来る。次に、シリコン層が、柔軟性のある基板に蒸着され、そして次に清掃されることが出来る。例示的なＳｉＯ２の薄い膜は、たとえば、スパッタリング、またはプラズマ強化化学気相蒸着によって、清掃されたシリコン層に蒸着されることが出来る。これに、たとえば、柔軟性のある基板上の、酸化シリコンでコーティングされたシリコン層にフォトレジスト材料を塗布するステップと、たとえば、フッ素ベース（ＳＦ６／Ｏ２）の反応性イオンエッチングプロセスを使用して、柱構造および／または溝構造を含む、ＳｉＯ２層におけるざらつきのあるパターンを画定するためにフォトレジスト材料を露光し現像するステップとが、続くことが出来、それに、オーバーハング構造２３７を作成するためのホットストリッピングが続く。
【００１７】
図１Ａおよび図２Ａに戻って参照すると、デバイス１００Ａおよび／または２００Ａのざらつきのある表面は、マイクロスケールで、柱構造および／または溝構造によって形成されることが出来、一方、各柱構造および／または各溝構造は、サブマイクロスケールで、波状側壁の構造および／またはオーバーハング構造を有することが出来る。
【００１８】
たとえば、各柱構造／各溝構造は、約０．３マイクロメートルから約４マイクロメートル、または約０．５マイクロメートルから約３マイクロメートル、あるいは約１マイクロメートルから約２．５マイクロメートルの範囲の高さを有することが出来る。
【００１９】
波状側壁を有する各柱構造／各溝構造は、約１マイクロメートルから約２０マイクロメートル、または約２マイクロメートルから約１５マイクロメートル、あるいは約２マイクロメートルから約５マイクロメートルの範囲の平均幅または平均直径を有することが出来る。波状側壁の各波形は、約１００ナノメートルから約１，０００ナノメートル、たとえば、約２５０ナノメートルであり得る。
【００２０】
各オーバーハング構造は、たとえば、底部構造よりも大きい上部幅または上部直径と、底部構造よりも小さい上部の厚さ／高さとを有する上部構造を含むＴ字型構造を有し得、上部幅または上部直径は、約１マイクロメートルから約２０マイクロメートル、または約２マイクロメートルから約１５マイクロメートル、あるいは約２マイクロメートルから約５マイクロメートルの範囲であり、底部の幅／直径は、約０．５マイクロメートルから約１５マイクロメートル、または約１マイクロメートルから約１２マイクロメートル、あるいは約１．５マイクロメートルから約４マイクロメートルであり得る。
【００２１】
実施形態において、ざらつきのある表面を形成するための、波状側壁および／もしくはオーバーハング構造を有する柱のアレイ、ならびに／または波状側壁および／もしくはオーバーハング構造を有する溝構造は、デバイス１００Ａおよび／または２００Ａの表面積全体に対して、約０．５％から約４０％、または約１％から約３０％、あるいは約４％から約２０％のベタ領域範囲を有することが出来る。実施形態において、柱のアレイおよび／または溝構造の寸法、形状、および／またはベタ領域範囲は、限定されない。たとえば、柱構造および溝構造は、円形、楕円形、正方形、長方形、三角形、または星型を含む断面形状を有することが出来るが、それらには限定されない。
【００２２】
図１Ｂおよび図２Ｂにおいてそれぞれ示されたような微粒子複合層１５０は、次に、デバイス１００Ａおよび／または２００Ａのざらつきのある表面の表面全体に適合するように配置されることが出来る。適合性微粒子複合層１５０の表面は、成形されたデバイスの表面の形態をさらに制御するために、約１ナノメートルから約２００ナノメートル、または約５ナノメートルから約１５０ナノメートル、あるいは約１０ナノメートルから約１００ナノメートルの範囲の少なくとも１つの寸法を有する、ナノスケールである複数の金属含有微粒子を含んでもよい。
【００２３】
複数の金属含有微粒子は、たとえば、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＳｉＣ、ＴｉＣ、Ｆｅ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＨｆＯ２、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＧｅＯ２、ＷＮ、ＮｂＮ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｐｔ、ＺｎＳ、および／またはそれらの組み合わせで形成されることが出来る。実施形態において、適合性微粒子複合層１５０は、約１ナノメートルから約２００ナノメートル、または約５ナノメートルから約１５０ナノメートル、あるいは約１０ナノメートルから約１００ナノメートルの範囲の層の厚さを有することが出来る。一部の場合において、金属含有微粒子に加えて、適合性微粒子複合層１５０は、微粒子層と基板との間の良好な接着を確実にするために、たとえば、酸化シラン、Ａｌ−Ｏ−Ａｌ（ＣＨ３）２またはＡｌＯＨなどの酸化アルキルアルミニウム、ＳｉＯｘ−（ＣＨ２）２−ＳｉＯｘ、酸化亜鉛、酸化スズなどを含むことが出来る。
【００２４】
金属含有粒子を含む微粒子複合層１５０を形成するために、任意の適切な方法およびプロセスが、使用されることが出来る。たとえば、微粒子複合層１５０は、原子層蒸着（ＡＬＤ）、化学気相蒸着（ＣＶＤ）、または他の適切なプロセス、および／またはそれらの組み合わせによって、１００Ａおよび２００Ａのざらつきのある表面全体を覆って適合するように形成されることが出来る。例示的な実施形態において、微粒子複合層１５０は、たとえば、ＡＬＤおよびＣＶＤを含むハイブリッドのプロセスによって準備された複数のＡｌ２Ｏ３微粒子および酸化シランを含むことが出来る。
【００２５】
図１Ｃおよび図２Ｃにおいて、微粒子複合層１５０は、次に、デバイス１００Ｂおよび２００Ｂのマルチスケールの表面の撥油性の性質を提供または増強するなど、所望の表面特徴をさらに提供するために、化学的に改変されることが出来る。微粒子複合層１５０の任意の適切な化学処理が、使用されることが出来る。たとえば、過フッ化アルキル鎖を含む自己集合層１６０が、微粒子複合層１５０に蒸着されることが出来る。
【００２６】
分子気相蒸着（ＭＶＤ）技術、ＣＶＤ技術、または溶液塗装技術などの様々な技術が、微粒子複合層１５０の表面に過フッ化アルキル鎖の自己集合層を蒸着させるために使用されることが出来る。実施形態において、ざらつきのある基板を化学的に改変することは、ＭＶＤ技術、ＣＶＤ技術、溶液自己集合技術を介して、図１Ｂおよび／または図２Ｂに示されたマルチスケールの表面にフルオロシランコーティングを適合するように自己集合させることによる化学的な改変を含むことが出来る。特定の実施形態において、化学的な改変は、ＭＶＤ技術または溶液塗装技術を使用して、トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチルトリクロロシラン、トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチルトリメトキシシラン、トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチルトリエトキシシラン、ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチルトリクロロシラン、ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチルトリメトキシシラン、ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチルトリエトキシシラン、またはそれらの組み合わせなどによって集合させられた層を配置することを含むことが出来る。
【００２７】
このように、例示的なデバイスは、超撥油性であるマルチスケールの表面を提供するために、図１Ｃおよび図２Ｃに示されたように形成されることが出来る。実施形態において、例示的なデバイスは、超撥油性であるだけではなく超疎水性でもある表面を有することが出来る。
【００２８】
炭化水素ベースの液体、たとえば、ヘキサデカンまたはインクの液滴は、たとえば、約１００°から約１７５°、または約１２０°から約１７０°の範囲の約１００°以上の接触角度などの非常に高い接触角度をデバイス１００Ｃおよび２００Ｃのマルチスケールの超撥油性表面と形成することが出来る。炭化水素ベースの液体の液滴はまた、約１°から約３０°、または約１°から約２５°、あるいは約１°から約２０°の滑動角度を、開示されるマルチスケールの超撥油性表面と形成することが出来る。
【００２９】
一部の場合において、水の液滴が、たとえば、約１２０°から約１７５°、または約１３０°から約１６５°の範囲の約１２０°以上の接触角度などの高い接触角度を、開示されるマルチスケールの超撥油性表面と形成することが出来る。水の液滴はまた、約１°から約３０°、または約１°から約２５°、あるいは約１°から約２０°の滑動角度などの滑動角度をマルチスケールの超撥油性表面と形成することが出来る。
【００３０】
実施形態において、マルチスケールの超撥油性デバイスが、インクジェットプリントヘッドの前面に組み込まれたときには、紫外線（ＵＶ）ゲルインク（本明細書において「ＵＶインク」とも呼ばれる）の噴出された液滴、および／または固体インクの噴出された液滴は、マルチスケールの超撥油性表面に対して低い粘着性を示すことが出来る。本明細書において使用されるように、「インクの液滴」という用語は、紫外線（ＵＶ）ゲルインクの噴射された液滴、および／または固体インクの噴射された液滴を指す。
【００３１】
したがって、マルチスケールの超撥油性デバイスは、インクジェットプリントヘッドの前面のための、抗湿潤で、掃除が容易で、自己清掃する表面デバイスとして使用されることが出来る。なぜならば、インクの液滴と表面との間の粘着性が低いからである。たとえば、マルチスケールの超撥油性デバイスは、インクジェットプリントヘッドのステンレス鋼のアパーチャプレートなどの前面に接合されることが出来る。
【００３２】
図５は、本教示の様々な実施形態に従った、マルチスケールの超撥油性デバイスを含む例示的なプリントヘッド５００を描く。示されるように、例示的なプリントヘッド５００は、一方の表面におけるトランスデューサ５０４と、反対側の表面における音響レンズ５０６とを有する基部基板５０２を含むことが出来る。液体レベル制御プレート５０８が、基部基板５０２から間隔を置かれることが出来る。様々な実施形態に従ったマルチスケールの超撥油性デバイスは、プレート５０８に沿って配置されることが出来る。基部基板５０２と液体レベル制御プレート５０８とは、流れる液体５１２を保持するチャネルを画定することが出来る。液体レベル制御プレート５０８は、アパーチャ５１６のアレイ５１４を含むことが出来る。トランスデューサ５０４と、音響レンズ５０６と、アパーチャ５１６とは全て、軸方向に整列可能であり、それにより、単一のトランスデューサ５０４によって生成される音響波の焦点は、それと整列されたアパーチャ５１６における液体５１２の自由表面５１８の近くにおいて、それと整列された音響レンズ５０６によって合わせることが出来る。充分な力が、得られたときに、液滴は、表面５１８から排出されることが出来る。
【００３３】
例示的なプリントヘッド５００は、インクによる汚染を防ぐことが出来る。なぜならば、インクの液滴は、マルチスケールの超撥油性表面により、プリントヘッドの前面から転がり落ち、残余物を残さない。マルチスケールの超撥油性表面は、その超撥油性により、インクジェットプリントヘッドのアパーチャプレートに高い垂れ圧を提供することが出来る。概して、インクの接触角度が、大きくなれば、大きくなるほど、垂れ圧が、より良く（より高く）なる。垂れ圧は、インクのタンク（リザーバ）の圧力が、増加したときに、アパーチャプレートが、ノズル開口部からのインクの滴りを回避する能力に関連する。すなわち、本明細書に記載されたマルチスケールの超撥油性デバイスは、紫外線硬化可能ゲルインクおよび／または固体インクのインクの液滴に対して、低粘着性と高接触角度とを提供することが出来、このことが、垂れ圧の改善またはノズルからのインクの滴りの減少（または排除）という利益をさらに提供する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
ざらつきのある表面を備え、前記基板を覆って配置された半導体層であって、前記ざらつきのある表面は、柱構造、溝構造、およびそれらの組み合わせのうちの１つ以上によって形成される、半導体層と、
前記半導体層の前記ざらつきのある表面に配置された適合性微粒子複合層であって、前記適合性微粒子複合層の表面は、複数の金属含有微粒子を備える、適合性微粒子複合層と、
マルチスケールの超撥油性表面を前記デバイスに提供するために、前記適合性微粒子複合層に配置された適合性撥油性コーティングと
を備える、超撥油性デバイス。
【請求項２】
前記複数の金属含有微粒子のそれぞれが、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＳｉＯ２、ＳｉＣ、ＴｉＣ、Ｆｅ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＷＮ、ＮｂＮ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｐｔ、ＺｎＳ、ＧｅＯ２、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記複数の金属含有微粒子は、約１ナノメートルから約１００ナノメートルの範囲の少なくとも１つの寸法を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
ヘキサデカンは、前記マルチスケールの超撥油性表面に対して約１２０°よりも大きい接触角度を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記柱構造と前記溝構造とのそれぞれが、約０．３マイクロメートルから約４マイクロメートルの範囲の高さを有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記柱構造と前記溝構造とのそれぞれが、波状側壁、オーバーハング構造、またはそれらの組み合わせを備え、
前記柱構造と前記溝構造とのそれぞれが、約１マイクロメートルから約２０マイクロメートルの範囲の直径を有し、
前記波状側壁は、複数の波形を備え、各波形は、約１００ナノメートルから約１，０００ナノメートルのサイズを有し、
前記オーバーハング構造は、約１マイクロメートルから約２０マイクロメートルの範囲の上部幅を有する上部構造と、約０．５マイクロメートルから約１５マイクロメートルの範囲の底部幅を有する底部構造とを備えるＴ字型構造を備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記基板は、柔軟性があり、ポリイミド膜、ポリエチレンナフタレート膜、ポリエチレンテレフタレート膜、ポリエーテルスルホン膜、ポリエーテルイミド膜、スレンレス鋼膜、アルミニウム膜、銅膜、またはニッケル膜を備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
超撥油性デバイスを形成する方法であって、
ざらつきのある表面を備える半導体層を提供することであって、前記ざらつきのある表面は、柱構造、溝構造、およびそれらの組み合わせのうちの１つ以上によって形成される、提供することと、
前記半導体層の前記ざらつきのある表面に微粒子複合層を適合するように形成することであって、前記適合性微粒子複合層の表面が、複数の金属含有微粒子を備えるように提供することと、
マルチスケールの超撥油性表面をデバイスに提供するために、前記微粒子複合層の上に撥油性コーティングを適合するように配置することによって、前記微粒子複合層を化学的に改変することと
を含む、方法。
【請求項９】
前記微粒子複合層を適合するように形成することは、前記複数の金属含有微粒子を形成するために原子層蒸着（ＡＬＤ）のプロセスを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記微粒子複合層を適合するように形成することは、前記半導体層の前記ざらつきのある表面における、原子層蒸着（ＡＬＤ）と化学気相蒸着（ＣＶＤ）とを包含するハイブリッドのプロセスを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１】
基板と、
ざらつきのある表面を備え、前記基板を覆って配置された半導体層であって、前記ざらつきのある表面は、柱構造、溝構造、およびそれらの組み合わせのうちの１つ以上によって形成される、半導体層と、
前記半導体層の前記ざらつきのある表面に配置された適合性微粒子複合層であって、前記適合性微粒子複合層の表面は、複数の金属含有微粒子を備える、適合性微粒子複合層と、
マルチスケールの超撥油性表面を前記デバイスに提供するために、前記適合性微粒子複合層に配置された適合性撥油性コーティングと
を備える、超撥油性デバイス。
【請求項２】
前記複数の金属含有微粒子のそれぞれが、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＳｉＯ２、ＳｉＣ、ＴｉＣ、Ｆｅ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＷＮ、ＮｂＮ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｐｔ、ＺｎＳ、ＧｅＯ２、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記複数の金属含有微粒子は、約１ナノメートルから約１００ナノメートルの範囲の少なくとも１つの寸法を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
ヘキサデカンは、前記マルチスケールの超撥油性表面に対して約１２０°よりも大きい接触角度を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記柱構造と前記溝構造とのそれぞれが、約０．３マイクロメートルから約４マイクロメートルの範囲の高さを有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記柱構造と前記溝構造とのそれぞれが、波状側壁、オーバーハング構造、またはそれらの組み合わせを備え、
前記柱構造と前記溝構造とのそれぞれが、約１マイクロメートルから約２０マイクロメートルの範囲の直径を有し、
前記波状側壁は、複数の波形を備え、各波形は、約１００ナノメートルから約１，０００ナノメートルのサイズを有し、
前記オーバーハング構造は、約１マイクロメートルから約２０マイクロメートルの範囲の上部幅を有する上部構造と、約０．５マイクロメートルから約１５マイクロメートルの範囲の底部幅を有する底部構造とを備えるＴ字型構造を備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記基板は、柔軟性があり、ポリイミド膜、ポリエチレンナフタレート膜、ポリエチレンテレフタレート膜、ポリエーテルスルホン膜、ポリエーテルイミド膜、スレンレス鋼膜、アルミニウム膜、銅膜、またはニッケル膜を備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
超撥油性デバイスを形成する方法であって、
ざらつきのある表面を備える半導体層を提供することであって、前記ざらつきのある表面は、柱構造、溝構造、およびそれらの組み合わせのうちの１つ以上によって形成される、提供することと、
前記半導体層の前記ざらつきのある表面に微粒子複合層を適合するように形成することであって、前記適合性微粒子複合層の表面が、複数の金属含有微粒子を備えるように提供することと、
マルチスケールの超撥油性表面をデバイスに提供するために、前記微粒子複合層の上に撥油性コーティングを適合するように配置することによって、前記微粒子複合層を化学的に改変することと
を含む、方法。
【請求項９】
前記微粒子複合層を適合するように形成することは、前記複数の金属含有微粒子を形成するために原子層蒸着（ＡＬＤ）のプロセスを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記微粒子複合層を適合するように形成することは、前記半導体層の前記ざらつきのある表面における、原子層蒸着（ＡＬＤ）と化学気相蒸着（ＣＶＤ）とを包含するハイブリッドのプロセスを含む、請求項８に記載の方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図５】
【図３】
【図４】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図５】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２４０４１８（Ｐ２０１２−２４０４１８Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−９７４７０（Ｐ２０１２−９７４７０）
【出願日】平成２４年４月２３日（２０１２．４．２３）
【出願人】（５９６１７０１７０）ゼロックス コーポレイション (1,961)
【氏名又は名称原語表記】ＸＥＲＯＸ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年４月２３日（２０１２．４．２３）
【出願人】（５９６１７０１７０）ゼロックス コーポレイション (1,961)
【氏名又は名称原語表記】ＸＥＲＯＸ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]