Nichts in der gewöhnlichen Welt gibt unserer Intuition Auskunft darüber, wie sich Materialien an molekularen Grenzflächen verhalten. Die folgende Karikatur zeigt einen typischen Prägeprozess: ein fotoabbildbares Prägeharz wird zu einer Schicht auf einem starren Substrat (Silizium- oder Glaswafer) geformt, wobei die PDMS-Form (Silikon) darüber schwebt. Sie senken die PDMS-Form in das Harz, um den Abdruck zu erstellen, lassen die UV-Lampe aufleuchten, um das Harz auszuhärten, und heben die PDMS-Form ab.
Sie möchten, dass das ausgehärtete Harz gut am Substrat haftet, sich sauber von der PDMS-Form löst und einen perfekten Abdruck der Form im ausgehärteten Harz hinterlässt. Aber wir haben alle schon einmal die Erfahrung gemacht, etwas aus der Form zu nehmen, nur um dann festzustellen, dass ein Teil von dem, was wir formen, an der Form klebte und das entsprechende Teil in unserem geformten Objekt fehlte.
Dies hat viel mit der Adhäsion zu tun, von der es viele verschiedene Mechanismen gibt, die auf unterschiedliche Materialien und Situationen anwendbar sind. Angesichts der immer kleiner werdenden Abmessungen bedruckter Geräte werden Oberflächeneffekte und der atomare Kontakt zwischen verschiedenen Materialien immer wichtiger.
Einige der Mechanismen, die helfen, das Verhalten von Materialien an Grenzflächen zu erklären, umfassen:
Mechanisch – Material A füllt die Risse oder Poren der Oberfläche von Material B und härtet an Ort und Stelle aus. Aus diesem Grund verbessert das Ätzen einer Oberfläche die Haftung. Denken Sie an die PDMS-Form, die mit Millionen von Nano-/Mikromerkmalen „gemustert“ wurde – sie scheint einem Ätzen sehr zu ähneln, nicht wahr?
Chemisch – wenn die beiden zu verbindenden Materialien chemisch reagieren und Moleküle der benachbarten Materialien Elektronen austauschen (ionische Bindung) oder teilen (kovalente Bindung). Bei Primern und Plasmabehandlungen geht es darum, zu diesem Zweck atomare Stellen zu schaffen.
Dispersiv, elektrostatisch und diffusiv - wenn zwei Materialien durch van der Waals zusammengehalten werden, elektrische Ladung und Penetration durch langkettige Moleküle, die die "Bindung" überbrücken.
Stringing, Mikrostrukturen (wie hohe Seitenverhältnisse der geformten Merkmale), Hysterese, Benetzbarkeit, Adsorption und seitliche Adhäsion. . . was auch immer diese Dinge sind.
Wie wäre es mit Gründen, warum Dinge nicht zusammenhalten - Oberflächenverunreinigungen, Verunreinigungen, Unterschiede im CTE, relativ Unterschiede zwischen Materialien in den oben aufgeführten Eigenschaften.
Yikes!
Erst auf molekularer Ebene zeigen sich die bestimmenden Kräfte, die für das Verhalten von Materialien an Grenzflächen verantwortlich sind. Die Kräfte, die diese Verhaltensweisen steuern, sind winzig und sie bewirken Veränderungen, die für uns paradox sind. Also sage ich es noch einmal –
Nichts in der gewöhnlichen Welt informiert unsere Intuition darüber, wie sich Materialien an molekularen Grenzflächen verhalten.
