Entwicklung einer selbstjustierenden Formgebungsstruktur zur Herstellung formspezifischer 3D-Partikel basierend auf Nanoimprint-Technologie

Ausgehend vom Soft-Nanoimprint-Verfahren wurde im Rahmen dieser Arbeit die Self-Aligned Molding Technology (SAMT) entwickelt. Die SAMT-Prägetechnologie ermöglicht eine wesentliche Reduzierung des Justieraufwands zur Herstellung echter 3D-Strukturen. Das Konzept basiert auf einem ‚Waffeleisen‘-Prinzip in Mikrometergröße und erlaubt in einem einstufigen Prägeprozess die Erzeugung komplexer 3D-Strukturen und -Partikel. Die SAMT Prägeform wurde in Form von 35 µm breiten V-Gräben im elastischen Polydimethylsiloxan (PDMS) realisiert. Die Grabenwände dienen als zwei Prägeformflächen, die durch ein Verformen der SAMT Prägeform aneinandergepresst werden. Mit gezielt strukturierten Kavitäten in den Grabenwänden können Strukturen in einem Prägematerial erzeugt werden. Als Herstellungsstrategie wurde die zweifache Abformung eines Siliziummasters mit h PDMS (hard-PDMS) und anschließendem Abguss der SAMT-Prägeform mit PDMS von der inversen h-PDMS Vorlage verwendet. Der Siliziummaster entspricht in seiner Struktur der späteren SAMT-Prägeform. Die Herstellung des Siliziummasters stellt eine besondere Herausforderung dar, da eine Strukturierung auf abgewinkelten Grabenwänden eines V Grabens in der Mikrosystemtechnik eher unüblich ist. Mittels Elektronenstrahllithografie und gerichtetem Trockenätzverfahren im Faradaykäfig konnten erfolgreich gezielte Strukturkavitäten in den Grabenwänden erzeugt werden. Die anschließende Abformung des Siliziummasters mit abgewinkelten Strukturen konnte ohne Abrisse im eher spröden h-PDMS durchgeführt werden. Auch der Abguss der h-PDMS-Vorlage mit PDMS konnte reproduzierbar ausgeführt werden. Die hergestellten SAMT Prägeformen wurden auf deren Prägeeigenschaften untersucht. Erfolgreiche Strukturen konnten mit dem UV aushärtendem Prägematerial AMONIL (MMS1, AMO GmbH) und mit PMMA (950 K 617.06, Allresist GmbH) geprägt werden, letzteres wurde über die Diffusion des Lösungsmittels ausgehärtet. Geprägte Partikel hängen durch eine Restschicht aneinander, die nicht vermieden werden konnte. Die Restschicht stellt ein generelles Problem bei der Prägung von Partikeln mit Nanoimprint-Verfahren dar und erfordert weitere Forschung zu deren Vermeidung. Mit den SAMT Prägeformen konnten unerwartet strukturierte Drähte erzeugt werden, wenn die Prägeformen nicht vollständig verschlossen waren. Zusätzlich konnten mit halb offenen SAMT Prägeformen in nur einem Prägeschritt pyramidenförmige Strukturen mit Substrukturen an den Wänden erzeugt werden. Die Erzeugung solcher Strukturen ist mit klassischen Methoden nicht direkt möglich und erfordert einen hohen Aufwand.