用于基板上液体的经控制沉积的系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于基板(20)上的液体的经控制沉积的系统(10)，且也涉及一种采用该系统(10)的方法。该系统包含：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于基板上液体的经控制沉积的系统


[0001]本专利技术涉及用于以获得纳米层的方式沉积液体的系统。
[0002]本专利技术更精确地关注用于基板上液体的经控制沉积的系统、在基板上沉积液体的方法、该系统用于增材制造的用途，及借由该方法获得的产物。

技术介绍

[0003]增材制造为涵盖基于逐层沉积的不同技术的通用术语。可区分两种主要的增材制造技术：直接印刷技术及所谓的间接技术。前者在于将所需材料直接沉积至基板上。间接技术使用诸如雷射或UV灯的能量源对所需材料的浴槽起作用。
[0004]增材制造正强劲增长，此极大地改变了各行业设计其制造制程的方式。现在存在复数种增材制造技术，该等技术使得能够以一毫米与一米之间的大小范围获得物体。已努力降为一毫米以下。
[0005]本领域技术人员已知的用于沉积液体之间接印刷技术为双光子聚合，其使得能够使用雷射在光可聚合树脂上印刷物体。彼树脂必须对雷射的波长透明，以便能够进行化学反应并产生聚合作用。此技术的分辨率可达到雷射波长的一半，即大约一百纳米。此技术的优势为能够尤其归功于雷射移动的精度而高精度地制造复杂的物体。然而，一方面，由于复杂的装置，且还由于所用材料的限制——材料必须为光可聚合的，该技术仍然受到限制。
[0006]另一间接印刷技术为电子束辅助生长技术(FEBID)，该技术使得能够借由用电子轰击所需材料之前驱体气体来沉积材料，以便使材料沉积在基板上。例如，此为可安装在扫描电子显微镜中的技术。借由将电子束聚焦在极小大小(小于1nm)的点上，FEBID可获得大约一纳米的分辨率。即使此技术的特征在于不均等的潜在分辨率并具有借由原位表征产生复杂物体的可能性，但目前不能完全实现沉积精度。实际上，电子束与挥发性前驱体之间的相互作用难以控制，从而产生大小通常大于焦点准确度的沉积物。又，必须找到适合于装置使用条件之前驱体以使其能够沉积，其结果为大大降低了制造材料的可能性。
[0007]近年来，使用局部探针点(AFM或STM)的技术使得能够实现接近一百纳米的分辨率，如例如专利参考文献WO 2017/106199及US 2017/0259498中所指出。
[0008]此等上述技术皆为直接印刷技术，其使用移动的精度及局部探针技术的空间分辨率来将液体材料沉积在各种基板上。此等技术使得能够用多种溶剂来沉积极不同的材料，该等溶剂为：
[0009]‑
不同类型的聚合物；
[0010]‑
生物分子(肽、ADN、酶
……
)；
[0011]‑
各种胶体。
[0012]在一种情况下，如羽毛笔般使用AFM点。在每次沉积之前将其浸入沉积材料的液滴中。在另一情况下，在沉积之前，使该点装载有少量所需液体材料。然而，即使分辨率极高，该两种方法仍具有主要缺点，此为由于在缺少具有充分容积的储集器的情况下不可能进行连续印刷。又，因为没有参数能够控制自该点穿过或穿过该点的材料的流动，所以所获得沉
积物的精度不足。
[0013]因此，需要由小于100nm的厚度界定，能够沉积多种材料，具有实现沉积控制的可调整参数，及充分大的储集器以不间断地制造一或多个物体的增材制造特征层。

技术实现思路

[0014]为解决前述缺点或更多前述缺点，根据本专利技术，一种用于基板上的液体的经控制沉积的系统包含：
[0015]‑
纳米喷射器，其包含：
[0016]■
储集器，其用于储存该液体，
[0017]■
不可变形突起，其具有用于自该储集器提取该液体的喷射孔口，
[0018]‑
机械谐振器，其固定至该纳米喷射器，该机械谐振器适于检测该突起与该基板之间的接触，
[0019]‑
该机械谐振器的控制构件，该控制构件连接至：
[0020]‑
该机械谐振器的激励构件，其适于使该机械谐振器以振荡频率(fi)振荡，使得该突起在该突起接触该基板的低位置与该突起并不接触该基板的高位置之间振荡，该控制构件连接至
[0021]‑
检测器构件，其适于检测该机械谐振器的该振荡，且该控制构件连接至
[0022]‑
调节器构件，其适于借由控制该机械谐振器的该振荡来调整该突起与该基板之间的该接触，该调节器构件连接至用于调节的第一移位构件，该第一移位构件至少适于将该纳米喷射器的该基板沿着轴线z朝向彼此或远离彼此移动。
[0023]在本专利技术的上下文中，液体意指能够在大于其临限应力的应力值下流动的液体或凝胶，液体能够或不能够包含悬浮液中的物种。例如，可使用水、盐水溶液、植物油、聚硅氧油、光学微影树脂(SU8等)、离子液体、DNA
‑
RNA链、诸如金及银的贵金属的纳米粒子(胶体或其他)、诸如胶原蛋白、多糖、蛋白质的不同生物材料、诸如氧化锆、氧化铝、氢氧化铝、二氧化钛的陶瓷材料作为液体，条件为该等粒子的大小允许液体穿过纳米喷射器的喷射孔口。例如，喷射孔口可为待沉积液体中所包含的粒子的直径的7至10倍。
[0024]例如，悬浮液中的物种可为胶状物种、成溶液的聚合物物种等。
[0025]在本专利技术的上下文中，基板意指可平坦、经结构化或具有曲率半径的支撑件。
[0026]例如，借助于经结构化支撑件，可存在具有正方形形状、半球形形状、弯曲形状、锯齿形状、尖头形状等的支撑件。
[0027]在本专利技术的上下文中，纳米喷射器意指包含具有小于1μm的直径的喷射孔口的喷射器。
[0028]在本专利技术的上下文中，喷射孔口意指穿过其中喷射来自纳米喷射器的液体，以此后将液体沉积在基板上的孔口，彼孔口的内径及外径适于进行希望获得的沉积。
[0029]应注意，除了喷射孔口的内径之外，外径也影响沉积。实际上，在突起接触基板时，喷射孔口的外径影响形成于突起与基板之间的弯液面。喷射孔口的内径与外径之间的比率较佳介于0.8与1之间，包括0.8及1。若在突起，特定而言位于喷射孔口的内径与外径之间的壁与基板之间发生接触时形成了弯液面，则能保证液体在基板上的沉积。此外，在喷射孔口的内径与外径之间的比率介于0.8与1之间，包括0.8及1的情况下，弯液面较稳定，从而能保
证在突起的低位置与高位置之间的沉积。若喷射孔口的内径与外径之间的比率接近1，即若位于喷射孔口的内径与外径之间的壁具有最小可能厚度，则有利于沉积及稳定性。
[0030]应注意，设计涵盖具有可变大小的喷射孔口。又，喷射孔口可具有任何形状的截面，例如正方形、矩形、卵形、圆形等。例如，突起及纳米喷射器可为整体式，使得突起接着可形成纳米喷射器的一体式部分，且因此与储集器成整体式并具有例如锥形形状。在此情况下，可存在末端处具有锥形形状的纳米毛细管，希望经由该纳米毛细管来经由喷射孔口沉积液体。应注意，形状无需为锥形且可具有具预界定形状的喷射孔口，该孔口例如具有可随与其设计相关的参数而变地调整的所需喷射孔口直径。
[0031]应注意，储集器可具有纵向形状，例如圆柱形形状，该储本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于基板(20)上的液体的经控制沉积的系统(10)，该系统包含：纳米喷射器(100)，其包含：储集器(102)，其用于储存该液体，不可变形突起(104)，其具有用于自该储集器(102)提取该液体的喷射孔口(108)，机械谐振器(120)，其固定至该纳米喷射器(100)，该机械谐振器(120)适于检测该突起(104)与该基板(20)之间的接触，该机械谐振器(120)的控制构件(148)，该控制构件连接至：该机械谐振器(120)的激励构件(142)，其适于使该机械谐振器(120)以振荡频率(fi)振荡，使得该突起(104)在该突起(104)接触该基板(20)的低位置与该突起(104)并不接触该基板(20)的高位置之间振荡，该控制构件连接至检测器构件(144)，其适于检测该机械谐振器(120)的该振荡，且该控制构件连接至调节器构件(146)，其适于借由控制该机械谐振器(120)的该振荡来调整该突起(104)与该基板(20)之间的该接触，该调节器构件(146)连接至用于调节的第一移位构件(160)，该第一移位构件至少适于将该纳米喷射器(100)的该基板(20)沿着轴线z朝向彼此或远离彼此移动。2.根据权利要求1的系统，其中该突起(104)经功能化。3.根据权利要求1或2的系统，其中该喷射孔口(108)具有介于5与300nm之间，包括5及300nm，的内径。4.根据权利要求1或3的系统，其中该第一移位构件(160)连接至适于沿着与该轴线z正交的轴线x、y移位该基板(20)以用于产生图案的第二移位构件，该三条正交轴线x、y及z形成正三面体。5.根据权利要求4的系统，其中该第一移位构件(160)及该第二移位构件可包括于单个移位系统中。6.根据权利要求1或5的系统，其中该第一移位构件(160)及/或该第二移位构件包含压电马达。7.根据权利要求1或6的系统，其中该储集器(102)连接至外部储集器。8.一种在基板上沉积液体的方法，该方法包含以下步骤：a)取得根据权利要求1至7中任一项的系统(10)，b)借由该激励构件(142)激励该机械谐振器(120)以使该机械谐振器(120)开始以振荡频率(f...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：国家科学研究中心索邦大学巴黎大学，
类型：发明
国别省市：