(57)【要約】【課題】モールドの繰り返し使用と量産及び低コストが可能な粘着性を有する微細構造を製造する方法を提供する。【解決手段】底面にナノメートルオーダーの凹槽２２を有するモールド２１及び基板１１を用意する工程と、基板１１の上に液体状のインプリント層３１を被せる工程と、基板１１にモールド２１を押印する工程であって、インプリント層３１は、モールド２１と基板１１との間に基材３２を形成し、各凹槽２２の所定の深さまで進入して基材３２の上にナノ突起３４を形成し、各凹槽２２内の空気が圧縮される工程と、インプリント層３１を固化させる工程と、モールド２１を基板１１から上向きに離型させる工程であって、各凹槽２２内の圧縮された空気の反発力によって、各凹槽２２内に形成されたナノ突起を各凹槽２２からスムーズに出すことが可能で、基材３２はナノ突起３４と共に粘着性を有する微細構造３０を形成する工程と、を含む。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モールドの底面は、ナノメートルオーダーの複数の凹槽を有し、前記凹槽は、所定の深さを有するモールドと、基板と、を提供する工程ａ）と、
前記基板の上に液体のインプリント層を被せる工程ｂ）と、
前記基板に前記モールドを押印する工程であって、前記インプリント層は、前記モールドと前記基板との間に基材を形成し、且つ前記凹槽内の所定の深さまで進入して前記基材上にナノ突起を形成し、前記凹槽内にもとから存在する空気は圧縮される工程ｃ）と、
前記インプリント層を液体から固体へと固化させる工程ｄ）と、
前記モールドを前記基板から上向きに離型させる工程であって、各前記凹槽内の圧縮された空気によって生じる反発力によって、各前記凹槽内に形成されたナノ突起を前記凹槽からスムーズに出すことが可能であり、前記基材は前記ナノ突起と共に粘着性を有する微細構造を形成する工程ｅ）と、
を含むことを特徴とする粘着性を有する微細構造を製造する方法。
【請求項２】
更に、前記基板から前記粘着性を有する微細構造を外す工程ｆ）を含むことを特徴とする請求項１に記載の粘着性を有する微細構造を製造する方法。
【請求項３】
前記工程ａ）において、前記モールドの底面には、離型剤が設けられ、前記離型剤は、前記モールドの底面及び前記凹槽の壁を覆っていることを特徴とする請求項１に記載の粘着性を有する微細構造を製造する方法。
【請求項４】
各前記凹槽の直径は、０．０１〜５マイクロメートルであり、前記凹槽の深さは、前記ナノ突起の高さの２倍以上であることを特徴とする請求項１に記載の粘着性を有する微細構造を製造する方法。
【請求項５】
前記インプリント層は、重合体であることを特徴とする請求項１に記載の粘着性を有する微細構造を製造する方法。
【請求項６】
前記インプリント層は、重合体と有機ナノ粒子との混合物であることを特徴とする請求項１に記載の粘着性を有する微細構造を製造する方法。
【請求項７】
前記インプリント層は、重合体と無機ナノ粒子との混合物であることを特徴とする請求項１に記載の粘着性を有する微細構造を製造する方法。
【請求項８】
前記インプリント層は、重合体と有機ナノ粒子との共重合体であることを特徴とする請求項１に記載の粘着性を有する微細構造を製造する方法。
【請求項９】
前記インプリント層は、重合体と無機ナノ粒子との共重合体であることを特徴とする請求項１に記載の粘着性を有する微細構造を製造する方法。
【請求項１０】
前記工程ｄ）において、加熱又は紫外線照射の方式で前記インプリント層を固化させてよく、前記モールド及び前記基板は、いずれか一方が透明であることを特徴とする請求項１に記載の粘着性を有する微細構造を製造する方法。
【請求項１１】
各前記凹槽はその底部から前記モールドを貫通してそれぞれ開口を形成し、前記開口は、１つのガス源に連結されることを特徴とする請求項１に記載の粘着性を有する微細構造を製造する方法。
【請求項１２】
モールドの底面は、ナノメートルオーダーの複数の凹槽を有し、前記凹槽は、所定の深さを有するモールドと、基板と、を提供する工程ａ）と、
前記基板の上に液体状のインプリント層を被せる工程ｂ）と、
前記基板に前記モールドを押印する工程であって、前記インプリント層は、前記モールドと前記基板との間に基材を形成し、且つ前記凹槽内の所定の深さまで進入して前記基材上にナノ突起を形成し、前記凹槽内にもとから存在する空気は圧縮される工程ｃ）と、
前記インプリント層を液体状から固体状へと固化させる工程ｄ）と、
前記モールドを前記基板から上向きに離型させる工程であって、各前記凹槽内の圧縮された空気によって生じる反発力によって、各前記凹槽内に形成されたナノ突起を前記凹槽からスムーズに出すことが可能であり、前記基材は前記ナノ突起と共に粘着性を有する微細構造を形成する工程ｅ）と、
を含む製造方法に基づいて製造される粘着性を有する微細構造であって、
主に、基材と、前記基材の上に位置する前記複数のナノ突起とによって形成され、各前記ナノ突起は、直径が０．０１〜５マイクロメートルであり、高さが１０マイクロメートルであることを特徴とする粘着性を有する微細構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノ構造の製造技術に関し、特に、粘着性を有する微細構造を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在既に知られているナノテープは主に、自然界のヤモリの肢の指の皮膚から得られた技術であり、肢の指にある極めて高密度のスパチュラ構造を主に利用し、その吸着表面にファンデルワールス力を生じさせることによって、吸着の効果を実現している。現在のナノテープは、その表面の高密度の繊毛によって吸着効果を実現するものである。
既知のナノテープ製造技術は、英国Manchester大学Andre K. Geimによる非特許文献１、米国Carnegie Mellom大学Metin sittiによる非特許文献２、Akron大学Ali Dhinojwalaによる非特許文献３、及びAtlas Scientific社Yang Zhaoによる非特許文献４の４組等により開示され、前者の２組は高分子材料を使用しているのに対し、後者の２組はカーボンナノチューブを使用している。
【０００３】
Gaimの方法は、電子ビームリソグラフィ（electron beam lithography）システム、金属めっき、及びプラズマエッチング等の設備を使用して、ポリイミド膜上に、百万本を超える人工合成されたポリイミド繊維を用意するものである。これらの繊維は、直径が約５００ナノメートル、長さが約２マイクロメートルの柱状構造であり、繊維間の距離は、１．０マイクロメートルである。実験結果が示すところによると、この種の繊維は、１平方センチメートルあたりの耐重量が約３００グラムであり、尚且つ、数回に及ぶ繰り返し使用後にその粘着力を失う。しかしながら、この方法は電子ビームリソグラフィシステム、金属めっき、及びプラズマエッチングの設備等の高価な設備を必要とするだけでなく、生産速度が非常に遅く、しかも大面積を生産できないので、量産のニーズを満たせないという欠点がある。同時に、繊維構造がエッチング法によって製造されるゆえに、繊維構造の特性に変化が生じ、繰り返し使用できないという欠点もある。
【０００４】
Sittiのは、成形（molding）法を用いて、百万本を超える人工合成のシリコーンゴム繊維を用意する技術である。実験結果が示すところによると、この種の繊維は、１平方センチメートルあたりの耐重量が約０．３グラムである。したがって、この方法は、迅速で且つ大量な製造が可能な成形法を用いているが、モールドを繰り返し使用することが不可能であるので、量産のニーズを満たせないという欠点がある。
【０００５】
Dhinojwala及びZhaoのは、合成したカーボンナノチューブをヤモリの肢の指のスパチュラ構造として用いる技術である。これらの技術は、スパチュラ構造に相当する粘着力を得ることができるが、カーボンナノチューブの成長温度が高すぎるゆえに、軟らかい高分子基板上に直接成長させることができないという欠点がある。
上述された欠点に鑑みて、本出願の発明者は、試作及び実験を続けた結果、ついにモールドを繰り返し使用できる成形法を見いだした。
【０００６】
【非特許文献１】A. K.ゲイムほか  ネイチャーマテリアルズ（A. K. Geim et al., Nat. Mater. 2,461 (2003)）
【非特許文献２】M.シッティほか  ジャーナル  オブ  アドヘッション  サイエンスアンド  テクノロジー（M. sitti et al., J. Adhesion Sci. Technol., 18, p1055 (2003)）
【非特許文献３】B.ヨードマカンほか  ケミカル  コミュニケーションズ（B Yurdumakan et al., Chem. Commun., p3799 (2005)）
【非特許文献４】Y.ザオ  ジャーナル  オブ  バキューム  サイエンス  アンド  テクノロジーPt B（Y. Zhao, J. Vac. Sci. Techno. B, 23 (1), p331 (2006)）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の主な目的は、モールドを繰り返し使用することができ、産業面において量産及び低コストのニーズを満たすことができる、粘着性を有する微細構造を製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明にしたがって、粘着性を有する微細構造を製造する方法が提供される。該製造方法は、ａ）基板及びモールドを用意する工程であって、モールドの底面は、ナノメートルオーダーの複数の凹槽を有し、各凹槽は所定の深さを有する工程と、ｂ）基板の上に液体状のインプリント層を被せる工程と、ｃ）基板にモールドを押印する工程であって、インプリント層は、モールドと基板との間に基材を形成し、尚且つ、各凹槽の所定の深さまで進入して基材の上にナノ突起を形成し、各凹槽内にもとからある空気は圧縮される工程と、ｄ）インプリント層を液体状から固体状へと固化させる工程と、ｅ）モールドを基板から上向きに離型させる工程であって、各凹槽内の圧縮された空気によって生じる反発力によって、各凹槽内に形成されたナノ突起を各凹槽からスムーズに出すことができ、基材はナノ突起と共に粘着性を有する微細構造を形成する工程と、を含む。このようにすれば、モールドを繰り返し使用することができ、量産及び低コストのニーズを満たすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の技術の特徴を詳細に説明するために、２つの好ましい実施例を挙げ、以下に図面と合わせて説明を行う。
（第１実施例）
図１から図５に示されるように、本発明の第１実施例によって提供される粘着性を有する微細構造を製造する方法は、主に下記の工程を含む。
ａ）基板１１及びモールド２１を用意する。図１に示されるように、モールド２１の底面は、ナノメートルオーダーの複数の凹槽２２を有し、各凹槽２２は、所定の深さを有し、直径は０．０１〜５マイクロメートルである。モールド２１の底面には、離型剤２４の層が設けられ、この離型剤２４は、モールド２１の底面及び凹槽２２の壁に被さる。離型剤２４は、離型の際に役立ち、製品をモールド２１から外しやすくする。
【００１０】
ｂ）図２に示されるように、基板１１の上に液体状のインプリント層３１を被せる。インプリント層３１は、重合体、重合体と有機ナノ粒子との混合物、重合体と無機ナノ粒子との混合物、重合体と有機ナノ粒子との共重合体、又は重合体と無機ナノ粒子との共重合体であってもよい。
ｃ）図３に示されるように、基板１１にモールド２１を押印する。インプリント層３１は、モールド２１と基板１１との間に基材３２を形成し、且つ、凹槽２２の所定の深さまで進入して基材３２の上に複数のナノ突起３４を形成する。各凹槽２２内にもとからある空気は、圧縮される。
【００１１】
ｄ）図４に示されるように、インプリント層３１を液体から固体へと固化させる。加熱又は紫外線照射の方式でインプリント層３１を固化させてよく、基材３２及びナノ突起３４は、形状が一定で変化しない。図４には、紫外線を照射する場合が示されている。この状況下では、モールド２１は、紫外線を透過しやすいよう透明の材質である。このほか、透明な基板（図示せず）を選択し、紫外線を下方から透過させることも、もちろん可能である。
【００１２】
ｅ）図５に示されるように、モールド２１を基板１１から上向きに離型させる。各凹槽２２内の圧縮された空気によって生じる反発力によって、各凹槽２２内に形成されたナノ突起を各凹槽２２からスムーズに出すことができる。基材３２は、ナノ突起３４と共に粘着性を有する微細構造３０を形成する。また、凹槽２２の深さは、これらナノ突起３４の高さの２倍以上である。
上述された工程によって製造された粘着性を有する微細構造３０は、基材３２と、該基材３２の上に位置する複数のナノ突起３４とによって形成され、各ナノ突起３４の直径は、０．０１〜５マイクロメートルであり、各ナノ突起３４の高さは１０マイクロメートルである。
【００１３】
（第２実施例）
図６から図８は、本発明の第２実施例によって提供される粘着性を有する微細構造を製造する方法であり、前掲の第１実施例と概ね同じである。異なる点は、下記の通りである。
工程ａ）において、図６に示されるようにモールド２１’の各凹槽２２’は、その底部からモールド２１’を貫通してそれぞれ開口２６を形成し、これらの開口２６は、１つのガス源２８に連結される。本実施例では、これらの開口２６は、モールド２１’の頂部に位置している。
【００１４】
工程ｃ）において、各凹槽２２’内の空気は、ガス源２８と通じている。
工程ｅ）において、離型の際は、図８に示されるように、ガス源２８から凹槽２２’に対して所定の圧力の空気を提供することによって、第１実施例における空気の圧縮による反発力と同様の効果を実現し、離型の際にナノ突起３４’を凹槽２２’から押し出すことができる。
この第２実施例による方法の他の部分は、前掲の第１実施例のそれらと同様であるので、詳述を省くものとする。
【００１５】
上記の実施例で挙げられた技術からわかるように、本発明によって提供される粘着性を有する微細構造を製造する方法は、真空環境を必要とせず、通常の環境のもとで、簡単な成形技術によって、迅速に且つ大量にナノメートルオーダーの複数の繊維を形成し、粘着性を有する微細構造とすることができる。これは、産業面において量産のニーズを満たせるだけでなく、低コストという利点も兼ね備えており、従来のものと比較して、産業面において更なる利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施例による粘着性を有する微細構造を製造する方法の第１の動作を示す模式図である。
【図２】本発明の第１実施例による粘着性を有する微細構造を製造する方法の第２の動作を示す模式図である。
【図３】本発明の第１実施例による粘着性を有する微細構造を製造する方法の第３の動作を示す模式図である。
【図４】本発明の第１実施例による粘着性を有する微細構造を製造する方法の第４の動作を示す模式図である。
【図５】本発明の第１実施例による粘着性を有する微細構造を製造する方法の第５の動作を示す模式図である。
【図６】本発明の第２実施例による粘着性を有する微細構造を製造する方法の第１の動作を示す模式図である。
【図７】本発明の第２実施例による粘着性を有する微細構造を製造する方法の第２の動作を示す模式図である。
【図８】本発明の第２実施例による粘着性を有する微細構造を製造する方法の第３の動作を示す模式図である。
【符号の説明】
【００１７】
１１：基板、２１、２１’：モールド、２２、２２’：凹槽、２４：離型剤、２６：開口、２８：ガス源、３０：粘着性を有する微細構造、３１：インプリント層、３２：基材、３４、３４’：ナノ突起
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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