 Приходилось ли вам замечать, что при нагревании пленка масла на сковороде не останется абсолютно плоской? Вместо этого, она образует волнистый узор, напоминающий собой внешний вид апельсина. Группа исследователей в Техническом университете Дармштадта, что в Германии, изучает, можно ли использовать деформации подобного рода для улучшения и оптимизации процессов микротехнологий.
Масляная пленка является классическим примером гидродинамической системы с интерфейсом жидкость-газ, в то время как крошечные капельки жира в молоке, для примера, имеют интерфейс жидкость-жидкость. Плоская пленка в жидкости, на примере масляной пленки, является механически неустойчивой и может претерпеть изменения в морфологии при отсутствии постоянной температуры.
Только достаточно тонкие пленки жидкости претерпевают значительную деформации поверхности при воздействии напряжений на поверхности, в то время как ультрарегулярные структуры периодического потока развиваются в объеме более толстых пленок при воздействии тех же напряжений.
По сравнению с тонкими пленками, толстые пленки не показывают значительной деформации поверхности. Поэтому на фоне разработки нетрадиционных методов микротехнологий большинство усилий были сосредоточены на межфазных нестабильностях очень тонких пленок.
Эти усилия показали, возможность достижения акцентированных узоров, но они, к сожалению, являются весьма нерегулярными в распространении направления к пленке. Этот фундаментальный недостаток можно отнести к той же самой причине, по которой вода, текущая из крана, в конечном итоге распадается на капли - поверхностному натяжению.
Исследователи объединили высоко регулярную структуру конвекции, которая формируется в более толстые слои с сильными межфазными деформациями, возможным только в гораздо более тонких жидких пленках. В отличие от предыдущих работ, рассматривающих системы с несколькими интерфейсами, в представленном подходе каждый слой имеет значительно различную начальную толщину, чем другие.
Этот подход по существу включает прослаивание тонкого слоя масла, чувствительного к облучению ультрафиолетовым светом, между твердой плоской подложке и гораздо более толстым слоем другой несмешивающейся жидкости. Это означает, что система имеет не только интерфейс жидкость-газ, подобно начальному примеру масляной пленки на сковороде, но также и интерфейс жидкость-жидкость.
Вместо того чтобы использовать нагрузки, вызванные температурной зависимостью поверхностного натяжения для непосредственного формирования структуры пленки, подход группы опирается на структуру потока в толстом слое, чтобы деформировать более тонкую пленку под ней.
Данная стратегия позволяет создавать шаблоны больших площадей с высокими регулярными структурами, изготовленными в то же время за одну технологическую стадию, которая экономит время и сокращает затраты. Поскольку структуры создаются из жидкости без использования инструментов, совершающих механический контакт с рабочим материалом, то поверхность является очень гладкой и не требует дополнительной обработки.
Посредством распределения температуры вдоль поверхности раздела жидкость-газ в более толстом слое конвекционные ячейки и деформация тонкой пленки могут быть приспособлены к соответствующим спецификациям желаемого интересующей структуры. Как только желаемая деформация достигается, она «фиксируется» на месте при облучении УФ-светом.
Сочетание названных выгодных особенностей нового метода является весьма желательным, потому что все общие технологии микрообработки, включая фотолитографию, печать или тиснение, не соответствуют хотя бы одному из этих критериев. Учитывая относительную простоту оборудования, необходимого для данного метода, и то, как легко он адаптируется к конкретным ситуациям, он также может быть использован для изготовления продуктов в низком количестве.
Новый метод идеально подходит для изготовления массивов микролинз. Эти массивы локально повышают интенсивность света, и могут быть использованы в оптической промышленности и интегральных системах визуализации, нетрадиционной фотолитографии и фотоэлектрических системах. Этот же метод может быть легко интегрирован в производственном процессе солнечных батарей.
|
