ES2636454T3

ES2636454T3 - Método para la producción de elementos ópticos estirables y deformables, y los elementos obtenidos de este modo

Info

Publication number: ES2636454T3
Application number: ES12812543.2T
Authority: ES
Inventors: Gabriele Corbelli; Cristian Ghisleri; Luca Ravagnan; Paolo Milani
Original assignee: WISE Srl
Current assignee: WISE Srl
Priority date: 2011-12-05
Filing date: 2012-12-05
Publication date: 2017-10-05
Anticipated expiration: 2032-12-05
Also published as: EP2788799A1; WO2013083624A1; JP2015505982A; KR20140107384A; IL232912A0; EP2788799B1; US20150103405A1; JP6215837B2; IL232912B; US10018831B2

Abstract

Método para la producción de una rejilla de difracción estirable y deformable, total o parcialmente reflectante (302) que comprende la implantación uniforme en al menos una superficie de un soporte elastómero (105), a través de la técnica de "Implantación de Haz de Agregado" de nanoagregados neutros de un material seleccionado entre uno o más metales, sus aleaciones, sus óxidos o mezclas de los mismos, obteniendo así en dicha superficie de dicho soporte una capa de nanomaterial compuesto (301), que emerge posiblemente a la superficie de dicha rejilla de difracción, caracterizado por que dicha superficie tiene un perfil moldeado que corresponde al perfil de la rejilla de difracción que se va a producir.

Description

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DESCRIPCION

Metodo para la produccion de elementos opticos estirables y deformables, y los elementos obtenidos de este modo Campo de la invencion

[0001] La presente invencion se refiere de forma general a un metodo para la produccion de dispositivos opticos estirables y deformables, en particular, dispositivos opticos total o parcialmente reflectantes estirables y deformables y, mas en particular, a rejillas de difraccion reflectante estirables y deformables; la invencion se refiere asimismo a dispositivos opticos estirables y deformables obtenidos de este modo.

Tecnica anterior

[0002] Los elementos opticos estirables y deformables se caracterizan por su capacidad para cambiar sus propiedades opticas cuando se modifica su forma como consecuencia de la deformacion por traccion o compresion; estos elementos se caracterizan ademas por ser muy conformables y, por tanto, se pueden aplicar sobre superficies o deformar en formas complejas y curvaturas. Entre los ejemplos de dichos elementos opticos se incluyen rejillas de difraccion, espejos, filtros, espejos adaptables, dispositivos de obtencion de imagenes de campo cercano, escaneres de luz, divisores de haz de banda ancha, reflectores Bragg distribuidos (DBR), microcavidades opticas o sus combinaciones estirables y deformables.

[0003] Los espejos estirables y deformables se pueden explotar por ejemplo en todos los campos en los que es necesario un cambio de la distancia focal o una modificacion del frente de onda incidente arbitrario en formas complejas bien definidas, sin el uso de espejos o lentes adicionales, para la correccion de aberraciones opticas. Un ejemplo, es la aplicacion de elementos opticos adaptativos (Jen-Liang Wang et al., ETRI Journal, 29, 817, 2007). Los filtros interferometricos elastomeros pueden cambiar el espesor del elastomero para ajustar la longitud de onda que encuentra interferencia destructiva (B. Grzybowski, et al., Sensors and Actuators A, 86, 81,2000).

[0004] Un tipo de elemento optico estirable y deformable que reviste un particular interes es el representado por las rejillas de difraccion; dada la importancia de esta aplicacion, la descripcion que se expone a continuacion, se referira principalmente a estos elementos, si bien se pretende que las instrucciones de la presente invencion se puedan aplicar a cualquier tipo de elemento optico entre los que se han mencionado.

[0005] Una rejilla de difraccion es un componente optico que consiste en una superficie trazada con una estructura periodica con de elementos proximos, equidistantes y paralelos con el fin de resolver la luz en espectros. La estructura periodica esta hecha normalmente de rendijas, hendiduras, rebordes o lineas reflectantes sobre un sustrato que divide y difracta la luz en varios haces que viajan en diferentes direcciones. La direccion de dichos haces depende de la separacion de la rejilla (definido como la distancia entre dos elementos sucesivos) y la longitud de onda de la luz para que la rejilla actue como un elemento de dispersion. Por todo ello, las rejillas de difraccion se suelen utilizar en monocromadores y espectrometros.

[0006] Se dice que una rejilla de difraccion es de tipo transmision o reflexion segun sea transparente o de espejo, es decir, dependiendo de que este fabricada sobre un sustrato transparente o sobre una pelicula de metal final depositada sobre un sustrato. En las rejillas de transmision, se fabrica la estructura periodica sobre un sustrato transparente (como por ejemplo vidrio BK-7, cuarzo), la luz incidente atraviesa el dispositivo y se difracta en el lado de la rejilla opuesto al de incidencia. Las rejillas de reflexion se fabrican como las rejillas de transmision y sobre sustratos de la misma naturaleza: sin embargo, en este caso, se deposita un revestimiento reflectante sobre una de los dos lados de la rejilla. El haz de luz incidente se refleja y se dispersa en el mismo lado que el haz incidente. A su vez, las rejillas reflectantes pueden ser de tipo reflexion total o parcial, dependiendo de si se refleja el 100 % (o practicamente) de la luz incidente o se difracta una parte de la luz incidente en el lado de la rejilla opuesta al lado de la luz incidente.

[0007] Las rejillas de reflexion se clasifican ademas como planas o concavas, siendo estas ultimas una superficie curvada trazada con lineas que son la proyeccion de lineas equidistantes y paralelas en la superficie de un plano imaginario. La ventaja de las rejillas concavas con respecto a las rejillas planas es su capacidad para producir lineas espectrales nitidas sin la ayuda de lentes o espejos adicionales.

[0008] Las rejillas de difraccion reflectantes revisten un particular interes para el objeto de la invencion, tanto planas como curvas, tal como se describe con mayor detalle en la siguiente descripcion.

[0009] En las rejillas de difraccion reflectantes, la superficie con la estructura periodica esta revestida con una capa fina de metal seleccionado entre metales como aluminio, plata, oro o platino. Una de las tecnicas de revestimiento mas extendida es la evaporacion de metal. El proceso para depositar la capa de metal sobre la superficie de un elemento optico, como pueda ser una rejilla de difraccion reflectante, tambien se denomina “metalizacion” del elemento optico.

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[0010] En los ultimos anos, han cobrado cada vez un mayor interes las rejillas de difraccion ajustables gracias a la propiedad de poder ajustar sus caractensticas opticas. Una rejilla de difraccion se puede ajustar variando el espaciamiento de las filas de la estructura periodica de difraccion y el cambio del espaciamiento de las filas determina el cambio de la longitud de onda de la luz que se difracta en un angulo fijo. Los diferentes componentes opticos de la luz incidente se pueden difractar sobre diferentes angulos modificando el paso de la rejilla estirable y deformable por deformacion mecanica. Con rejillas rfgidas, en las que el paso esta fijo, es necesario utilizar diferentes rejillas con diferentes pasos para estudiar los diferentes ordenes de radiacion difractada. En las rejillas estirables y deformables, se puede cambiar el paso de forma continua aplicando una deformacion mecanica.

[0011] El cambio del espaciamiento de la estructura periodica de difraccion se puede conseguir utilizando un material deformable como, por ejemplo, un elastomero, para producir el soporte del dispositivo. El cambio de la forma del material deformable en el que se fabrica la rejilla determina la modificacion del paso de la estructura periodica de difraccion. Esto se puede explotar para modificar las propiedades de dispersion de las rejillas (vease, p.ej., B. A. Grzybowski et al., “Beam redirection and frequency filtering with transparent elastomeric diffractive elements”, Applied Optics (1999), Vol, 38, No., 14. pagina 2997; Barlosz A. Grzybowski et al., “Thermally actuated interferometric sensors based on the termal expansion of transparent elastomeric media”, Review of Scientific Instruments, Vol, 70, pagina 2031, Ano 1999;Steven Chin Truxal, et al., “Design of a MEMS Tunable Grating for Single Detector Spectroscopy”, International Journal of Optomechatronics, vol, 2, pagina 75, Ano 2008; M. Aschwanden et al., “Polymeric, electrically tunable diffraction grating based on artificial muscles”, Optics Letters, Vol. 31, pagina 2610, Ano 2006). En particular, al estirar la rejilla en la direccion ortogonal con respecto a la direccion de las hendiduras, aumenta la distancia del paso (la distancia entre dos picos de la estructura periodica que compone la rejilla) y, con consecuencia, el angulo de difraccion del haz de luz que sale es mas bajo con respecto a la direccion normal del plano de la rejilla, para un orden de difraccion dado. Al estirar la rejilla elastomera en la misma direccion que las hendiduras de difraccion, es posible difractar la luz incidente en un angulo mas grande, explotando la diminucion de la distancia del paso entre las lfneas del sustrato de la rejilla por la relacion de Poisson.

[0012] El uso de rejillas elastomeras ajustables esta indicado en la bibliograffa como deseable para muchas aplicaciones que requieren espectrofotometros miniaturizados, para el ajuste de la longitud de onda de salida en laseres en estado solido y su acoplamiento con sistemas opticos de fibra (vease p.ej. S.c. Truxal et al., International Journal of Optomechatronics) o para la fabricacion de escaneres de luz (vease p.ej., A. N. Simonov et al., Optics Letters 30, 949, 2005).

[0013] Un parametro importante para una rejilla util y fiable es la eficacia de la difraccion de la luz, definida como la relacion de la potencia de luz monocromatica difractada en el orden que se esta midiendo en relacion con la potencia de la luz incidente. Si la intensidad de la luz incidente es baja, es util concentrar toda la luz difractada en un orden de difraccion dada. Para este fin existen disponibles rejillas de una geometrfa en particular del perfil de las estructuras periodicas; sin embargo, la eficacia de dichas rejillas en particular se optimiza para un intervalo de longitud de onda limitado. Se puede conseguir una alta eficacia en un amplio intervalo del espectro de luz visible, variando la geometrfa de la estructura periodica de la rejilla, por ejemplo, modificando la relacion entre la altura de las hendiduras y la distancia del paso. Esto se puede conseguir mediante el uso de rejillas estirables y deformables reflectantes sometidas a deformaciones mecanicas; existen disponible rejillas de transmision de este tipo, pero la calidad de estos elementos no es satisfactoria, ya que se sabe que introducen aberraciones en el funcionamiento del sistema optico en el que estan presentes.

[0014] Dada la alta conformabilidad y elasticidad del sustrato sobre el que se fabrican estas rejillas de difraccion reflectantes, tambien se pueden deformar o aplicarse sobre superficies complejas que no son planas (por ejemplo, cilmdricas o esfericas, M. Kolle, et al., Optics Express 18, 4356, 2010) para difractar la luz incidente y modificar el frente de onda arbitrario del haz de luz incidente en un frente de onda bien definido del haz de luz difractada, evitando el uso de espejos y lentes adicionales. Esto es util, por ejemplo, para modificar el frente de onda (por ejemplo para corregir aberraciones opticas) y/o para enfocar un haz de luz difractado simplemente con un solo elemento optico.

[0015] Las rejillas reflectantes estirables y deformables se pueden producir aplicando diferentes tecnicas.

[0016] Para producir rejillas de difraccion reflectantes es necesario revestir o embeber en la superficie optica activa de la rejillas elastomera moldeada una capa reflectante de tipo espejo, como por ejemplo metalizando dicha superficie con un metal reflectante (como por ejemplo Ag, Al, Au...) Entre las muchas tecnicas de metalizacion posibles, una de las mas utilizadas es la evaporacion de metal. En un ejemplo en particular de evaporacion de metal, se coloca un metal en un crisol (con una temperatura de fusion mucho mas alta que la del metal que se va a evaporar) calentado por efecto Joule haciendo pasar una corriente elevada. Cuando se alcanza la temperatura de fusion del metal, se empiezan a evaporar sus atomos en una camara de alto vacfo y se desplazan en lfnea recta hacia el sustrato que se mantiene enfrente del crisol, adhiriendose finalmente a el. Esta tecnica permite obtener una capa metalica sobre la superficie del sustrato. La evaporacion de metal se utiliza de forma generalizada como tecnologfa de revestimiento para aplicaciones opticas, pero no es compatible, tal como saben las personas especializadas en la tecnica, con un sustrato deformable (y en particular con sustratos estirables) debido a la rigidez de la capa metalica producida. Asimismo, tal como saben las personas especializadas en la tecnica, las capas de

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metal evaporado presentan una baja adhesion al sustrato elastomero causando la deslaminacion y/o fractura de la capa metalica durante la deformacion del sustrato elastomero y, durante el proceso de evaporacion, se calienta considerablemente el sustrato, lo que conlleva finalmente deformaciones del sustrato polimerico utilizado en el proceso. Otro problema asociado a este enfoque es que la tension superficial de la capa fina de metal sobre la superficie causa la formacion de combaduras y arrugas en el sustrato elastomero que comprometen la calidad optica del dispositivo (vease, p.ej., J. Genzer, J., Groenewold, Soft, Matter, Vol., 2 pag. 301, Ano 2006).

[0017] Tal como saben las personas especializadas en la tecnica, estos son tan solo algunos de los muchos inconvenientes ligados al proceso de evaporacion de metal.

[0018] Un enfoque diferente consisten en producir una estructura de rejilla elastomera replicando la rejilla rigida, cubrirla con un metal liquido (mercurio o galio) y cubrir el dispositivo con una capa de un material elastomero para estampar el metal liquido. El dispositivo es estirable, conformable y no se observa ningun deterioro de la calidad optica, si bien el peso del metal liquido embebido causa la deformacion de la estructura de hendiduras, afectando asi negativamente en el comportamiento de dicho dispositivo (vease, p.ej. Wilbur et al., Chem. Mater., 1996, 8, 13801385).

[0019] Se topa con inconvenientes similares en la fabricacion de otros dispositivos opticos estirables y deformables, tales como DBR, espejos o filtros interferometricos.

[0020] Por lo tanto, un objeto de la invencion consiste en proporcionar un metodo que permita superar los inconvenientes de la tecnica anterior que se han mencionado.

[0021] Otro objeto de la invencion consiste en proporcionar rejillas de difraccion estirables y deformables de acuerdo con la reivindicacion 11, producidas a traves de dicho metodo.

Sumario de la invencion

[0022] Estos objetos se alcanzan de acuerdo con la presente invencion con un metodo para la produccion de una rejilla de difraccion total o parcialmente reflectante, estirable y deformable de acuerdo con la reivindicacion 1. Tal como se utiliza en la descripcion y en las reivindicaciones, la expresion “capa de nanomaterial compuesto” se refiere a una capa material compuesto hecha de nanoagregados de metales, aleaciones u oxidos embebidos en el soporte elastomero.

Breve descripcion de las figuras

[0023] La invencion quedara ilustrada con detalle a continuacion haciendo referencia a las Figuras, en las que:

- Fig. 1 presenta las fases de preparacion del soporte elastomero de una rejilla de acuerdo con una primera realizacion de la invencion.

- Fig. 2 presenta un posible sistema para la produccion e implantacion de nanoagregados para llevar a cabo el metodo de la invencion.

- Fig. 3 presenta esquematicamente y de forma transversal una rejilla estirable y deformable de la invencion en diferentes fases de produccion;

- Fig. 4 presenta las fases de preparacion del soporte elastomero de una rejilla de acuerdo con un ejemplo de realizacion de la invencion.

- Fig. 5 presenta esquematicamente un sistema para la evaluacion de las propiedades opticas de rejillas.

- Fig. 6 presenta un punto de luz difractado por una rejilla de la invencion

- Fig. 7 registra un grafico en el que se demuestra la excelente calidad de las propiedades opticas de una rejilla de la invencion tras el estiramiento.

- Fig. 8 presenta los puntos de luz difractada por una rejilla elastica de la tecnica anterior;

- Fig. 9 registra un grafico en el que se demuestra la relativa escasa calidad de las propiedades opticas de una rejilla de la tecnica anterior tras el estiramiento;

- Fig. 10 presenta dos graficos que representan una medida de la calidad de una rejilla de la invencion, en el primer ciclo de elongacion (recuadro a) y en el 1000° ciclo de elongacion (recuadro b) respectivamente;

- Fig. 11 presenta los mapas en altura de un soporte elastomero desnudo sobre una rejilla de la invencion y sobre una rejilla de la tecnica anterior, asi como el grafico del perfil de la superficie de estas muestras tomadas con un microscopio de fuerza atomica (MFA)

- Fig. 12 presenta histogramas que proporcionan una medida de la calidad de las mismas rejillas medidas en la Fig. 11.

- Fig. 13 presenta fotografias tomadas con un microscopio optico de la superficie de una rejilla de la invencion y una rejilla de la tecnica anterior tras el estiramiento;

- Fig. 14 presenta una microfotografia de un ejemplo de rejilla;

- Fig. 15 presenta un patron de difraccion de luz de un ejemplo de rejilla con un patron de cuadrados de puntos de reflexion;

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- Fig. 16 representa esquematicamente las propiedades de difraccion de una rejilla de la invencion aplicada sobre una superficie que no es plana; y

- Fig. 17 representa esquematicamente las propiedades opticas de un sistema que comprende dos elementos opticos de la invencion diferentes.

Descripcion detallada de la invencion

[0024] Con el metodo de la invencion, es posible producir una gran variedad de elementos opticos total o parcialmente reflectantes estirables y deformables, tales como rejillas, espejos, filtros interferometricos, moduladores de haces, dispositivos de obtencion de imagenes de campo cercano o combinaciones de dichos dispositivos. Dada la importancia que tienen en particular las rejillas de difraccion reflectantes estirables y deformables, la descripcion que se expone a continuacion hace referencia a estos elementos, si bien las instrucciones del presente documento se pueden aplicar a la produccion de cualquier tipo de elemento optico parcial o totalmente reflectante estirable y deformable.

[0025] En particular, el metodo hace posible producir una rejilla reflectante estirable y deformable que puede soportar el estiramiento de hasta al menos un 25 % y que cambia en consecuencia la distancia del paso en la misma cantidad conservando la capacidad de difraccion de la luz incidente. La rejilla reflectante estirable y deformable puede tener una forma compleja arbitraria o se puede aplicar sobre una forma compleja arbitraria, y esta fabricada en al menos una de sus porciones con un polimero elastomero.

[0026] Preferentemente, la rejilla reflectante estirable y deformable esta hecha con un soporte de polimero elastomero con un espesor que puede oscilar entre unos micrometros y unos milimetros.

[0027] Entre los ejemplos ilustrativos de polimeros elastomeros que se pueden utilizar en la presente invencion se incluyen, sin limitarse a ellos: polisiloxanos (es decir polimeros de silicona), gomas de silicona, latex, elastomeros termoplasticos, fotorresistentes, poliuretano, poliamida, poliimida, fluoropolimeros, polivinil pirrolidona, polietilen glicol, polioxido de etileno, polialcohol vinilico e hidrogeles; el polimero elastomero preferente es polidimetil siloxano (PDMS).

[0028] La condicion de que la capa de nanomaterial compuesto emerja a la superficie del elemento optico puede ser necesaria o no, dependiendo de la naturaleza del polimero elastomero seleccionado. Con los polimeros transparentes, por ejemplo PDMS, no es necesaria esta condicion: en dichos polimeros, incluso aunque la capa de nanomaterial compuesto quede completamente enterrada bajo la superficie del soporte elastomero, el elemento optico cumple de todas formas la funcion deseada como elemento parcial o totalmente reflectante, dado el hecho de que la capa de nanomaterial compuesto esta muy proxima a dicha superficie (generalmente a una profundidad maxima de 1pm por debajo de la superficie). Por otra parte, cuando el polimero elastomero no es transparente, la capa de nanomaterial compuesto debe emerger necesariamente sobre la superficie del elemento para conseguir la reflectancia deseada.

[0029] Las rejillas reflectantes estirables y deformables se pueden producir de acuerdo con dos realizaciones preferentes de la presente invencion. En la primera realizacion, se proporciona primero un soporte elastomero que tiene una geometria superficial esencialmente igual a la de la rejilla que se va a producir; un soporte de este tipo se denominara en adelante “soporte moldeado”; a continuacion, se implantan uniformemente en la superficie con forma de rejilla de este soporte moldeado nanoagregados en la capa superficial, a una profundidad de penetracion comprendida entre 10 nm y 1 pm. En la segunda realizacion, la superficie del soporte elastomero en la que se han implantado los nanoagregados no tiene un perfil semejante al de la rejilla final y se obtiene la rejilla por implantacion localizada de nanoagregados mediante el uso de mascaras solamente en areas seleccionadas de dicha superficie.

[0030] De acuerdo con el primer modo de realizacion de la invencion, se produce la estructura periodica de rejilla en al menos un lado del soporte elastomero, por ejemplo mediante el uso de la tecnica de moldeado/estampado convencional, tal como conocen las personas especializadas en la tecnica, utilizando un molde preformado (denominado molde “maestro”)

[0031] Esta primera fase del metodo de la invencion se describe a continuacion haciendo referencia a la Figura 1.

[0032] Se proporciona un precursor liquido del polimero elastomero seleccionado (denominado en lo sucesivo de forma abreviada “polimero liquido”). Preferentemente, antes de su uso, se coloca el polimero liquido contenido en el vaso de precipitados, 101, en una camara de evacuacion para expulsar todo el aire del liquido que pudiera suponer la formacion de burbujas y, por tanto defectos, en el producto final. Tal como se muestra en la parte superior de la figura, a continuacion, se vierte el polimero liquido asi obtenido, 102, sobre la superficie ranurada de una rejilla rigida, 103, que se mantiene horizontal con respecto a un plano nivelado, 104, para evitar cualquier falta de homogeneidad en el espesor de la rejilla elastomera moldeada, 105. La rejilla rigida puede ser por ejemplo una rejilla de difraccion rigida plana clasica; las rejillas rigidas que se pueden utilizar en la invencion pueden tener una densidad de hendidura en el intervalo comprendido entre 10 y 20000 lineas/mm. El espesor de la rejilla elastomera moldeada depende de la cantidad de polimero liquido depositada sobre la rejilla rigida 103, que puede variar de

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forma arbitraria, si bien debe ser al menos la suficiente para cubrir toda la superficie de la rejilla rigida y para que la rejilla elastomera moldeada obtenida, 105, forme un cuerpo continuo. A continuacion, se polimeriza el polimero liquido, es decir, se reticula o se cura, a traves de cualquiera de los metodos conocidos entre las personas especializadas en la tecnica (dependiendo del polimero seleccionado); si el polimero liquido requiere para su reticulacion la adicion de un agente de curado, como pueda ser un compuesto de radicales libres, este se podra anadir en la proporcion adecuada al polimero liquido antes de la fase de evacuacion; otros metodos conocidos para iniciar la reticulacion de un polimero liquido son calentamiento y curado UV. Tras la polimerizacion, se obtiene una rejilla elastomera moldeada, 105, que tiene un aspecto de tipo goma, que se puede extraer de la rejilla rigida 103; el procedimiento de extraccion puede realizarse por ejemplo desprendiendo muy lentamente la rejilla moldeada 105 de la rejilla rigida 103, empezando por las esquinas y los rebordes exteriores, 106, de esta ultima con la ayuda de unas pinzas, 107; esta fase esta representada esquematicamente en la parte central de la figura. Tal como se muestra en la parte inferior de la figura, la superficie, 108, de la rejilla elastomera moldeada, originalmente en contacto con la rejilla rigida, reproduce exactamente la estructura periodica de esta.

[0033] En una segunda fase, de acuerdo con la primera realizacion de la invencion, para producir un elemento optico de acuerdo con la invencion, se produce una capa reflectante sobre el soporte elastomero obtenido en la primera fase. A diferencia de los metodos de revestimiento de la tecnica anterior, se obtiene dicha capa reflectante por implante directo en el polimero de “nanoagregados” electricamente neutros.

[0034] El termino nanoagregado se refiere a particulas multi-atomos pequenas compuestas por una serie de atomos que oscilan entre unas unidades y varios miles y que tienen tamanos comprendidos entre unos angstroms y cientos de nanometros. Los nanoagregados tienen propiedades, como por ejemplo conductividad electrica, absorbancia de luz y propiedades magneticas, dependiendo de su tamano y su forma y que son radicalmente diferentes de las propiedades de un solido macroscopico hecho con los mismos materiales.

[0035] Se entiende por “electricamente neutro” que los nanoagregados no tienen por termino medio ni exceso ni falta de electrones y por lo tanto tienen un estado de carga igual a cero. Los nanoagregados electricamente neutros no interactuan con fuerzas electrostaticas o electrodinamicas, ni por medio de ellas.

[0036] Los nanoagregados pueden producirse con diferentes tecnicas, utilizando las fuentes habituales de particulas con tamano nanometrico. Tal como saben los expertos en la tecnica, existe un gran numero de diferentes tipos de fuentes de nanoagregados. Dichos tipos suelen diferir unos de otros unicamente por los detalles tecnicos de construccion o por el proceso aplicado para la vaporizacion de los materiales utilizados en la fabricacion de dichos nanoagregados (por ejemplo, algunas tecnicas consisten en un proceso de metalizado por bombardeo, evaporacion por laser, evaporacion por haz de electrones, etc.).

[0037] Existen dos clases principales de fuentes de nanoagregados: aquellas en las que los nanoagregados se derivan de la fuente despues de su sintesis, extendiendose libremente y en direccion aleatoria, y aquellas en las que los nanoagregados se arrastran desde la fuente a traves de un vehiculo de gas inerte, para formar un “haz” en el que se mezclan los nanoagregados y el gas.

[0038] La expresion “haz de nanoagregados” se refiere a un grupo espacialmente localizado de nanoagregados que tienen aproximadamente la misma velocidad (rapidez y direccion). Normalmente, se produce un haz de nanoagregados mediante una fuente de agregado en la que se forman las particulas a traves de procesos fisicos y quimicos a partir de un precursor gaseoso, liquido o solido, y se mezcla con un gas (denominado “gas vehiculo”), preferentemente inerte, que se utiliza para favorecer la extraccion de los nanoagregados desde la fuente. Un haz de nanoagregados se caracteriza por lo general por el material que constituye los nanoagregados, su diametro medio (tambien denominado “tamano de nanoagregados”) o distribucion de diametros, su velocidad media (o distribucion de velocidades) y la divergencia del haz. Se entiende por “divergencia del haz de nanoagregados” la medida angular del aumento del diametro del haz al alejarse de la apertura de la fuente de agregado de la que emerge el haz.

[0039] Para el objeto de la presente invencion, se utilizan fuentes de agregados de las que se puede extraer un haz de nanoagregados, llamadas “fuentes de haz agregado”. En particular, cuando se produce la expansion del gas vehiculo con dichos nanoagregados en condiciones supersonicas, entonces el “haz de nanoagregados” se denomina “haz de agregado supersonico”. De manera similar, la tecnica en la que se utiliza haz de nanoagregados extraido de fuentes de haz de agregado para implantar nanoagregados en un sustrato polimerico se denomina “Implantacion de Haz de Agregado”, abreviado “CBI” (por sus siglas en ingles) y la tecnica en la que se utiliza un “haz de agregado supersonico” se denomina “Implantacion de haz de Agregado supersonico” o “SCBI” (por sus siglas en ingles) (vease, p.ej., g.Corbelil et al., “Highly Deformable Nanostructured Elastomeric Electrodes With Improving Conductivity Upon Cyclical Stretching”, Advanced Materials, Vol., 23, pagina 4504, Ano 2011).

[0040] La tecnica para producir el haz de nanoagregados de acuerdo con la invencion es SCBI. En la Figura 2 se muestra un aparato de haz de agregado supersonico de forma esquematica; dicho aparato, y su funcionamiento, estan descritos con detalle en la solicitud de patente WO 2011/121017 A1, en particular en las secciones comprendidas entre las paginas 12 y 17 de dicha publicacion, que se incorpora en el presente documento en su totalidad. Para el objeto de la presente divulgacion, se ofrece una breve descripcion de un aparato SCBI a

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continuacion, haciendo referenda a la Fig. 2. El aparato SCBI, 200, comprende tres zonas principales, una cavidad 201 que actua como fuente de haz de agregado, una camara de expansion 204 y una camara de deposito 209. En la cavidad 201 esta alojado el material precursor de los nanoagregados, que se ilustra en el dibujo con una varilla, 202, aunque podria tener la forma de polvo contenido en un crisol colocado en la cavidad; una valvula 203 controla la entrada del gas de proceso, normalmente, un gas noble de alta pureza (o una mezcla de gases nobles de alta pureza) en la cavidad 201. La cavidad esta comunicada con la camara de expansion 204 a traves de un orificio y normalmente a traves de un colimador 205, compuesto de una serie de niveles interconectados entre si por lentes aerodinamicas constituidas por discos con un orificio central (normalmente de unos milimetros de diametro); a su vez, el ultimo nivel del colimador esta conectado con la camara de expansion a traves de otra lente aerodinamica. La camara de expansion 204 se mantiene evacuada a traves de un sistema de bombeo indicado de forma general en el dibujo como elemento 206, a una presion comprendida normalmente entre 1,0 x 10-6 Pa y 1,0 x 10-3 Pa. La camara de expansion 204, a su vez, se comunica con la camara de deposito 209 a traves de una abertura, normalmente en forma de cono con una abertura en la punta, conocida en la especialidad como “espumadera”, indicada en el dibujo como el elemento 208. Se vacia la camara de deposito por medio de un segundo sistema de bombeo 210, a una presion mas alta que la presente en la camara 204, y normalmente entre 1,0 x 10-3 Pa y 1,0 x 10-2 Pa. En la camara de deposito 209 hay alojada una sujecion de muestra, 211, en el que se fija el soporte para cubrir 212 con los nanoagregados.

[0041] Se describe el funcionamiento de esta fuente haciendo referencia al caso en el que el precursor de los nanoagregados es una varilla de metal, y se extrae el material que forma el nanoagregado de el aplicando un campo electrico; para las personas especializadas en la tecnica sera evidente sin embargo que se podrian obtener los mismos resultados con diferentes sistemas, como por ejemplo, por evaporacion de un material contenido en un crisol a traves de cualquier medio conocido (termicamente, ablacion laser, etc.) en la cavidad 201.

[0042] El funcionamiento de la cavidad 201 es normalmente ciclico, con una frecuencia de unos Hertzios. Durante cada ciclo, se abre la valvula 203 durante un periodo comprendido generalmente entre 150 y 350 ps, dando paso al gas seleccionado (p.ej. He, Ne, Ar o sus mezclas) y tras un periodo de espera comprendido entre 0,35 y 0,85 ms, se aplica un voltaje comprendido entre aproximadamente 500 y 1000 V entre la varilla de metal 202 (que actua como catodo) y un anodo presente en la cavidad; la aplicacion el voltaje se mantiene durante un periodo comprendido entre aproximadamente 40 y 120 ps en cada ciclo. En estas condiciones, se genera una mezcla del gas seleccionado y nanoagregados del metal de la varilla que tiene por lo general una presion comprendida entre aproximadamente 0,1 y 0,5 bar. Debido a la diferencia de presion entre la cavidad 201 y la camara de expansion 204, se acelera la mezcla hacia esta ultima, donde se expande formando un “haz divergente” 207 que tiene por lo general una velocidad comprendida entre aproximadamente 102 y 104 m/s. La parte central de este haz pasa a traves de la abertura de la espumadera 208 y alcanza el soporte elastomero 212 fijado en la sujecion de muestra 211, que esta alineado sobre el eje definido por el colimador 205 y la espumadera 208; como consecuencia de la velocidad, los nanoagregados del haz se implantan en la superficie del soporte elastomero 212.

[0043] Normalmente, se pone en contacto la sujecion de muestra con un sistema motorizado control remoto, que es capaz de desplazarlo (y, en consecuencia, el soporte elastomero) en las dos direcciones ortogonales con respecto al eje del haz de agregado, permitiendo el “rasterizado” y por tanto el revestimiento del soporte con nanoagregados sobre un area relativamente amplia, por ejemplo, del orden de 10 x 10 cm2 (tal como conocen las personas especializadas en la tecnica, por ejemplo, segun el documento de Corbelli et al., que se ha mencionado anteriormente).

[0044] Durante el deposito de nanoagregado, es posible fijar a la sujecion de muestra, proximo al soporte elastomero, una pequena pieza de silicona semi-cubierta con una lamina de aluminio, que se expone al mismo haz de nanoagregados dirigido hacia el soporte elastomero, durante el mismo periodo de exposicion; una vez completado el ciclo de deposito, la medida conocida como “espesor equivalente” de la cantidad de nanoagregados depositados sobre el sustrato rigido no implantable proporciona una medida de la cantidad de nanoagregados implantados en el soporte elastomero (para mas detalles sobre el metodo, consultese por ejemplo el articulo Corbelli et al, que se ha mencionado anteriormente).

[0045] Entre los ejemplos de materiales que se pueden utilizar en la presente invencion para los nanoagregados del haz se incluyen, sin limitarse solo a ellos, metales, como por ejemplo Au, Ag, Pd, Pt, Cu, Ti, Fe, Ni, Cr, Co, Nb, Zr, Al, V, Zn, Mo, W, Pb, Sn, Hf, Ir, sus aleaciones y oxidos. El haz de nanoagregados puede contener particulas hechas del mismo material o de materiales diferentes. El termino “metalico” se utiliza en la presente invencion se refiere a un material que incluye al menos un metal o una aleacion de metal que es conductor.

[0046] Entre los materiales preferentes para su uso en la presente invencion se incluyen Au, Pt, Al y Ag. Au es un metal noble, tiene una alta reflectancia y es preferente para todas las aplicaciones que tienen que ver con una radiacion IR. Ag y Al son materiales altamente reflectantes y se suelen utilizar como metales de revestimiento para rejillas de difraccion reflectantes disponibles en el mercado.

[0047] Preferentemente, los nanoagregados del haz tienen un diametro medio por debajo de 50 nm y mas preferentemente entre 1 nm y 20 nm.

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[0048] La velocidad media (o distribucion de velocidades) de los nanoagregados puede variar dentro de un amplio intervalo; los valores tfpicos de velocidad de implantacion de los nanoagregados estan comprendidos entre aproximadamente 100 m/s y aproximadamente 10000 n/s, habitualmente entre 500 m/s y 2000 m/s.

[0049] Normalmente, la divergencia de un haz producido por una fuente de nanoagregados esta comprendida entre 0° y aproximadamente 90°. Para los objetivos de la presente invencion, el haz tiene preferentemente una divergencia comprendida entre 0° y aproximadamente 10°, mas preferentemente por debajo de aproximadamente 2°.

[0050] Al utilizar un haz de nanoagregados producido a traves de una de las tecnicas que se han mencionado y, en particular, con un aparato de haz de agregado supersonico, tal como se representa en la Figura 2, es posible implantar nanoagregados del material deseado en una capa superficial de la rejilla elastomera moldeada, 105, producida tal como se ha descrito. De esta forma, se crea la capa de nanomaterial compuesto en esta capa superficial del soporte elastomero.

[0051] Las fases de produccion de la capa nanomaterial compuesto se describen en la Figura 3. En la Figura 3 se presenta la rejilla elastomera moldeada 105 y el haz de nanoagregados, 300, que se implanta en ella, para formar la capa nanomaterial compuesto 301.

[0052] La expresion “implantacion de nanoagregados” se utiliza en la descripcion que sigue para referirse a un proceso en el que los nanoagregados neutros que tienen velocidad en direccion a la rejilla elastomera moldeada, 105, chocan con la superficie enfrentada a la fuente de los nanoagregados y que gracias a sus propiedades ffsicas (como puedan ser su energfa cinetica e inercia) penetran en ella. Durante el proceso de penetracion, se desaceleran los nanoagregados y se detienen a una distancia de la superficie expuesta (por debajo de la superficie) de la rejilla elastomera moldeada que es lo que se llama “profundidad de penetracion”. El valor maximo de la profundidad de penetracion obtenido durante el proceso de implantacion de nanoagregados es lo que se llama “espesor” de la capa de nanomaterial compuesto (indicado con PP en la Figura). El resultado de este proceso es la rejilla 302.

[0053] Normalmente, el espesor de la capa de nanomaterial compuesto esta comprendida entre 5 nm y 10 pm, preferentemente, entre 10 nm y 1 pm. El espesor de la capa de nanomaterial compuesto se puede seleccionar dependiendo del material de la rejilla elastomera moldeada 105 y del material de los nanoagregados en el haz 300, seleccionando la temperatura de la rejilla elastomera moldeada durante el proceso de implantacion (lo que se llama “temperatura de implantacion), la velocidad de los nanoagregados inmediatamente antes de su impacto sobre la superficie de la rejilla elastomera moldeada (lo que se llama “velocidad de implantacion”) y el tamano o distribucion de los tamanos de los nanoagregados.

[0054] La temperatura de implantacion tfpica para los polfmeros utilizados en la presente invencion oscila entre aproximadamente -10 ° y aproximadamente 150 °C, preferentemente entre 20 °C y 90 °C. La velocidad de implantacion tfpica de los nanoagregados esta comprendida entre aproximadamente 100 m/s y aproximadamente 10000 m/s, preferentemente entre 500 m/s y 2000 ms. Las condiciones preferentes para llevar a cabo la invencion son una temperatura de implantacion de aproximadamente 25 °C y una velocidad de implantacion de aproximadamente 1000 m/s.

[0055] Independientemente del espesor de la capa de nanomaterial compuesto 301, la densidad de los nanoagregados implantados en la rejilla polimerica moldeada 105 se puede seleccionar variando la cantidad de nanoagregados implantados. Se entiende por “densidad de los nanoagregados” el numero de nanoagregados del haz, 300, que chocan sobre la rejilla polimerica moldeada por unidad de area, dividido por el espesor de la capa de nanomaterial compuestos resultante 301. Ha de subrayarse que la densidad definida de los nanoagregados puede ser mayor que el numero de nanoagregados presentes en la capa de nanomaterial compuesto dividido por su volumen. De hecho, durante la implantacion y despues de ella, los nanoagregados del haz pueden sufrir procesos de agregacion en la matriz de polfmero que se traducen en un menor numero de nanoagregados embebidos en el polfmero teniendo un tamano mas grande en comparacion con el tamano de los nanoagregados originales. La densidad de los nanoagregados del nanomaterial compuestos es normalmente de aproximadamente 10-7 agregado/nm3 a aproximadamente 10-1 agregado/nm3. Para los objetivos de la presente invencion, la densidad de los nanoagregados es preferentemente de 10-5 agregados/nm3 a aproximadamente 10-1 agregados/nm3.

[0056] Una vez producida la capa de nanomaterial compuesto, 301, puede curarse a una temperatura comprendida entre aproximadamente 40 °C y aproximadamente 120 °C durante un perfodo de aproximadamente 0,3 a aproximadamente 48 horas. El curado de la capa de nanomaterial compuesto acelera los procesos de agregacion de los nanoagregados implantados en el polfmero y promueve la reorganizacion (es decir, la posterior polimerizacion de la matriz polimerica en la que estan embebidos los nanoagregados. Como resultado, la capa de nanomaterial compuesto curado tiene una estructura y unas propiedades ffsicas que no evolucionan con el tiempo.

[0057] La capa de nanomaterial compuesto, 301, puede ser aislante o conductora. Tal como se utiliza en la presente descripcion, se entiende por “aislante” que la capa de nanomaterial compuesto no permite el paso de una corriente electrica medible cuando se aplica un potencial electrico entre dos puntos de la misma. Se entiende por “conductora” que la capa de nanomaterial compuesto permite el paso de una corriente electrica medible (I) que es proporcional a

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la potencia electrica “V” aplicada a la capa. La relacion V/I medida sobre una capa conductora es la resistencia electrica “R” (o resistencia) de la capa de nanomaterial compuesto.

[0058] Cuando se implantan nanoagregados metalicos, se obtiene una capa de nanomaterial compuesto aislante para densidades de nanoagregados inferiores al valor critico (lo que se llama “densidad de nanoagregados critica”). El valor de la densidad critica de los nanoagregados depende del tamano o la distribucion de tamano de los nanoagregados implantados y el polimero utilizado para la rejilla elastomera moldeada. Cuando se excede dicha densidad critica de los nanoagregados la capa de nanomaterial compuesto es conductora. Los valores tipicos para la densidad critica de los nanoagregados para los materiales utilizados en la presente invencion oscilan entre aproximadamente 3 x 10-4 agregado/nm3 y aproximadamente 1 x 10 -3 agregados/nm3.

[0059] En un ejemplo de realizacion del proceso, se produce una rejilla sobre una superficie del soporte elastomero que no tiene un perfil en correspondencia con el del elemento optico final.

[0060] En este ejemplo de realizacion, se produce directamente la rejilla durante la fase de implantacion de los nanoagregados, dirigiendo selectivamente los nanoagregados unicamente a las areas prestablecidas del soporte elastomero; esto se puede realizar utilizando mascaras fotolitograficas o de estarcido, una tecnica muy conocida entre las personas especializadas en la tecnica de los depositos, gracias a la extrema colimacion del haz que se puede alcanzar ajustando apropiadamente la construccion geometrica del aparato de la Fig. 2 Esta tecnica permite producir una estructura periodica reflectante con elementos micrometricos o sub-micrometricos, dependiendo del tamano de las aperturas de la mascara.

[0061] A continuacion, se describe un ejemplo de realizacion haciendo referencia a la Fig. 4. En particular, la parte de la izquierda del dibujo representa esquematicamente una primera implementacion de este ejemplo de realizacion, al tiempo que la parte de la derecha del dibujo representa esquematicamente una segunda implementacion de dicha realizacion.

[0062] En ambas implementaciones, el proceso arranca con la produccion de una capa elastomera, preferentemente, hecha de PDMS tal como se ha mencionado antes; dicha capa puede producirse partiendo de un polimero liquido (preferentemente, PDMS liquido) siguiendo el mismo procedimiento que se ha descrito haciendo referencia a la Fig. 1. A continuacion, se vierte el polimero liquido, 401, sobre un sustrato plano, 402, por ejemplo un portaobjetos de vidrio. Se obtiene una capa del polimero liquido, 403, normalmente con un espesor comprendido entre unos micrometros y hasta unos milimetros, que tras la polimerizacion (reticulacion o curado) produce un soporte elastomero 405.

[0063] En la primera implementacion, se aplica una mascara de estarcido (404) sobre el soporte elastomero a una distancia que puede variar entre unos micrometros y aproximadamente 1 milimetro. La mascara de estarcido puede ser por ejemplo una rejilla TEM. A continuacion, se monta el conjunto formado por el soporte elastomero y la mascara sobre la sujecion de muestra de un aparato SCBI, como el descrito en referencia a la Fig. 2 y se somete a deposito de nanoagregados de acuerdo con el procedimiento antes descrito; el flujo de los nanoagregados hacia la mascara y el soporte se representa esquematicamente mediante flechas 406. El resultado del proceso es la rejilla 407 formada con “islas” reflectantes producidas sobre la superficie del soporte 405 a traves del deposito localizado de nanoagregados en las areas que corresponden a las aberturas de la mascara. La rejilla 407 es de tipo reflectante parcial, es decir, aquella en la que parte de la luz incidente se refleja y parte se transmite a traves de la rejilla.

[0064] En la segunda implementacion (parte derecha de la Fig. 4), primero se somete el soporte 405 al deposito de una capa de metalizacion uniforme producida por un flujo no enmascarado de nanoagregados representados por flechas 408; el resultado es el producto intermedio 409 hecho de del soporte 405 cuya superficie superior esta completamente cubierta con una capa reflectante continua 410. A continuacion, se somete el producto 409 a un segundo ciclo de deposito de nanoagregados, utilizando esta vez una mascara 411; el flujo de nanoagregados, indicado por flechas 412, produce protrusiones en las areas correspondientes a las aberturas de la mascara 411. El resultado es la rejilla 413 que al estar formada por superficies de diferentes alturas en el mismo material reflectante, es del tipo reflectante total.

[0065] La ventaja de esta tecnica con respecto a la que parte de una pelicula elastomera moldeada es la posibilidad de crear estructuras periodicas complejas (y por tanto obtener patrones de difraccion complejos) de rejillas de SCBI estirables y deformables parcial o altamente reflectantes utilizando mascaras de litografia o de estarcido apropiadas disponibles en el mercado.

[0066] La calidad de las rejillas estirables y deformables reflectantes producidas de acuerdo con cualquiera de las realizaciones de la invencion se pueden comprobar dirigiendo un haz de laser sobre la rejilla perpendicular a la superficie media de la misma y midiendo el angulo (conocido como “angulo de difraccion”) entre la direccion del primer orden de difraccion y la direccion normal para la rejilla (es decir, la direccion del haz de laser incidente). Tal como se conoce dentro de la especialidad, en una rejilla de difraccion plana que funcione apropiadamente, el angulo de difraccion medido en la configuracion antes indicada esta directamente relacionado con la distancia del paso de la rejilla de acuerdo con la siguiente ecuacion:

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d = mA/sin Q (Ec. 1)

en la que “d” es la distancia del paso, “m” es el orden de difraccion para que el que se ha medido el angulo de difraccion, “A” es la longitud de onda laser y “0” es el angulo de difraccion.

[0067] Al comparar la distancia del paso de la rejilla obtenida del angulo de difraccion medido (calculado mediante la ecuacion 1) con la misma cantidad medida segun las caracterizaciones morfologicas de la rejilla, es posible por tanto comprobar si la rejilla funciona correctamente como rejilla de difraccion plana comprobando de este modo su funcionamiento optico apropiado.

[0068] La medida del angulo de difraccion se puede realizar utilizando un aparato como el que se describe a continuacion haciendo referencia a la Fig. 5. Se monta la rejilla que se va a examinar sobre una sujecion de muestra, cuya posicion se pueda controlar en las tres coordenadas espaciales; mas adelante se describe el sistema en el que se monta la sujecion de muestra. Se emite un haz de laser de luz monocromatica 501 con una fuente de laser 502 y se refleja hacia la rejilla 503 por medio de una instalacion optica apropiada (tal como se conoce en la especialidad) compuesta de una serie de espejos, 504,504’. Se monta la rejilla 503 sobre un bastidor hecho a medida 505, capaz de aplicar una tension controlada a la rejilla en la direccion ortogonal con respecto a las hendiduras de la rejilla. El extendedor comprende un motor de pasos graduado controlado por ordenador 506 que acciona una fase de traductor optico 507. Se fija la rejilla en sus dos lados opuestos (en la direccion ortogonal de las hendiduras) por medio de dos sujeciones 508 y 508’, en uno de los lados para la fase de traductor optico 507 y el otro lado con la base fija. Las dos sujeciones evitan cualquier deslizamiento de la rejilla desde la fase de traduccion optica y desde la base fija durante el estiramiento, permitiendo asi controlar de forma precisa el porcentaje de estiramiento aplicado a la rejilla; el porcentaje de estiramiento (% de estiramiento”) se define como la relacion (expresado en porcentaje) entre el aumento de la longitud del cuerpo elastico como consecuencia de la tension aplicada y la longitud original del mismo cuerpo en la direccion de la tension aplicada. Se monta todo el extendedor 505 en la instalacion optica por medio de dos placas de montaje verticales 509 y 509’ que a su vez estan montadas sobre dos traductores opticos diferentes 510 y 510’ para el alineamiento vertical preciso de la rejilla con el haz de laser incidente 511. Los espejos de la instalacion optica, 504 y 504’ estan alineados para dirigir el haz de laser incidente 511 de forma ortogonal sobre la rejilla. Gracias a esta disposicion optica, la rejilla difracta el haz de laser incidente en dos haces de luz 512 y 512’ que tienen el mismo angulo de difraccion, pero opuesto, con respecto a la direccion del haz de laser incidente (es decir, con respecto a lo normal de la superficie de la rejilla). El angulo de difraccion se puede calcular (aplicando la ecuacion 1) midiendo la distancia de los dos puntos 513 y 513’ producidos por los dos haces difractados 512 y 512’ cuando interceptan una pantalla graduada blanca 514, pero enfrente, paralela y a una distancia bien definida desde la rejilla.

[0069] Tal como se ha escrito antes, el aparato tambien comprende un extendedor 505, que hace posible evaluar las propiedades opticas de la rejilla al aplicar una tension controlada en direccion ortogonal con respecto a las hendiduras de la rejilla. Cabe destacar que si se mantienen las propiedades elasticas de la rejilla de PDMS moldeada desnuda tras el proceso de metalizacion (es decir, se puede estirar realmente la “rejilla de SCBI estirable y deformable) y la tension aplicada es tal que la deformacion Poisson es insignificante, entonces % de estiramiento aplicado en la rejilla deberia ser igual al porcentaje de variacion de la distancia del paso (es decir, el porcentaje de variacion de la distancia entre hendiduras sucesivas de la rejilla, obtenido como la relacion entre la cantidad de cambio de distancia entre hendiduras sucesivas como consecuencia de la tension aplicada a lo largo de la distancia entre las hendiduras sucesivas cuando no se aplica tension).

[0070] Si la rejilla mantiene su funcionalidad optica apropiada tambien durante el estiramiento, entonces el “% de estiramiento” debera ser igual al “porcentaje de variacion de la distancia del paso” determinada aplicando la ecuacion 1, segun la medida del angulo de difraccion a cualquier tension aplicada: por tanto las dos cantidades deberan estar correlacionadas linealmente con el coeficiente angular igual a 1. En los sistemas reales, este coeficiente angular (tambien denominado a continuacion “coeficiente de expansion optica” es apenas igual a 1; la proximidad del coeficiente angular medido es por tanto una indicacion de la calidad del sistema optico durante el estiramiento; las rejillas estirables que tienen un coeficiente angular de 0,8 son menos eficientes (desde el punto de vista optico y mecanico) que las rejillas estirables que tienen un coeficiente angular 0,99.

[0071] Antes de su uso, para evaluar las rejillas estirables, se puede comprobar el funcionamiento apropiado del aparato que se muestra en la Fig. 5 midiendo la rejilla rigida plana de geometria conocida y bien definida, utilizando la rejilla rigida como pieza maestra para el proceso de moldeo de la rejilla elastomera.

[0072] Otra indicacion de la calidad optica de la rejilla, que se puede obtener con la instalacion de la Fig. 5 es la medida del angulo solido Q que subyace bajo el punto difractado, definido por la ecuacion 2:

Q = A / R2 (Ec. 2)

en la que A es el area del punto difractado y R es la distancia del punto desde la rejilla. Un valor bajo de Q implica un punto nitido y por tanto una buena calidad optica de la rejilla.

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[0073] Gracias a la naturaleza elastica del soporte y la posibilidad de fabricar dispositivos sobre soportes con un espesor bajo (por debajo de unos micrometros), las rejillas reflectantes estirables y deformables de la invencion son altamente conformables y se pueden adaptar a formas complejas, o se pueden aplicar sobre superficies con formas complejas; por ejemplo, las rejillas reflectantes elastomeras de la invencion se pueden unir a la parte interior de una superficie cilindrica concava; esto no agota todas las posibles formas que puede adoptar el dispositivo de la presente invencion ni las formas sobre las que se puede aplicar.

[0074] Otros elementos opticos producidos de acuerdo con la invencion se pueden utilizar para modificar el frente de onda de la luz incidente; por ejemplo, dicha modificacion se puede obtener con un “espejo estirable deformable” producido por SCBI, aplicado a una superficie plana adecuada o una superficie deformada con la forma adecuada (por ejemplo, un soporte concavo o convexo esferico) a traves de varios metodos conocidos entre las personas especializadas en la tecnica para modificar el frente de onda del haz de luz incidente tanto en la direccion horizontal como la vertical y para enfocar o desenfocar respectivamente el haz de luz que sale (o el haz de luz difractada que sale si se utiliza una rejilla).

[0075] Se pueden combinar diferentes elementos opticos producidos de acuerdo con la invencion obteniendo sistemas opticos complejos.

[0076] Finalmente, se puede aplicar a los espejos o rejillas de la invencion un sistema accionador, conocido entre las personas especializadas en la tecnica, para cambiar de forma continua la forma de estos dispositivos de acuerdo con una forma de frente de onda en particular del haz de luz incidente. Esta ultima configuracion se puede utilizar, por ejemplo, en optica adaptativa.

[0077] La ventaja de utilizar elementos opticos estirables y deformables para enfocar/desenfocar, difractar o modificar el frente de onda de un haz de luz incidente esta claro. Al utilizar elementos estirables y deformables identicos aplicados sobre diferentes superficies con diferentes formas o deformados de diferentes maneras es posible modificar arbitrariamente los haces de luz incidente sin fabricar diferentes elementos opticos. Por otra parte, la fabricacion de soportes de formas complejas con una simetria cilindrica (o esferica) es mucho mas facil y barata que fabricar espejos con formas complejas analogas o, peor aun, rejillas. El uso de elementos opticos total o parcialmente reflectantes estirables y deformables, por ultimo, evita el uso de elementos opticos de transmision clasicos (tales como por ejemplo lentes o rejillas de transmision) que pueden absorber y/o refractar la luz, modificando por tanto negativamente el frente de onda y el espectro del haz de luz incidente.

[0078] La invencion quedara mejor ilustrada con los siguientes ejemplos Ejemplo 1

[0079] En este ejemplo se refiere a la produccion de una rejilla elastomera moldeada.

[0080] Siguiendo el metodo ilustrado en referencia a la figura 1, se prepara un polimero PDMS liquido todavia no reticulado mezclando una dosis de aproximadamente 30 gramos de base de polimero de Sylgard 184 (Dow Corning Corporation) con el agente de curado apropiado en una relacion 10:1. Se coloca la mezcla en una camara evacuada por medio de una bomba de vacio de tipo membrana, y se mantiene a una presion de aproximadamente 13 Pa durante 30 minutos, para expulsar cualquier burbuja de aire. Este proceso lleva a la formacion de “PDMS liquido”. A continuacion, se vierte el “PDMS liquido” asi obtenido sobre la superficie ranurada de una rejilla rigida que tiene una densidad de ranura de 1200 lineas/mm. La diferencia de altura entre las partes superiores (cresta) de las lineas de la rejilla rigida y las partes inferiores (valles) es de 50 nm. La rejilla rigida tiene un tamano de 3 x 3 cm. El espesor del PDMS liquido con respecto a la rejilla rigida es de aproximadamente 1 mm.

[0081] A continuacion, se deja polimerizar el “PDMS liquido” manteniendo el conjunto formado con la rejilla rigida en reposo, a temperatura ambiente, en un entorno limpio y sin polvo, durante 48 horas. Tras la polimerizacion, el PDMS tiene un aspecto de tipo goma transparente y se extrae de la rejilla rigida. La cara de la rejilla de PDMS moldeada en contacto con la rejilla rigida reproduce la estructura periodica de esta ultima.

[0082] Se toma un mapa de altura de la rejilla de PDMS moldeada desnuda obtenida de este modo con un microscopio de fuerza atomica (MFA); la imagen resultante se muestra en el recuadro A de la Fig. 11. Se obtiene una exploracion en una sola linea de MFA de la misma superficie junto con una linea ortogonal de las hendiduras de la rejilla PDMS moldeada desnuda; en el recuadro D de la Fig. 11 se muestra el grafico resultante.

Ejemplo 2

[0083] Este ejemplo se refiere a la metalizacion de la rejilla de PDMS moldeada desnuda obtenida en el Ejemplo 1 de acuerdo con la primera realizacion de la invencion.

[0084] La metalizacion de la rejilla de PDMS moldeada obtenida en el ejemplo 1 se lleva a cabo a traves de la tecnica SCBI. La instalacion del experimento se realiza tal como se ha descrito en referencia a la figura 2. En este

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sistema, la cavidad (201) de la fuente tiene un volumen de aproximadamente 2,5 cm3; dentro de la cavidad, y en direccion ortogonal, esta presente una varilla de plata de 99,99 % de pureza con un diametro de 2 mm, que gira a 4 rpm; se inyecta Ar de 99,9999 % de pureza en la cavidad con una valvula solenoide (203) a una presion de entrada igual a 40 bar. El anodo de la fuente esta constituido de un disco de cobre perforado con un diametro de 2 cm con un orificio de 1 mm en el centro. La boquilla entre la cavidad y la camara de expansion (204) es un orificio de 2 mm, y corriente abajo desde ella existe un colimador con lentes aerodinamicas, compuestas de cuatro fases en secuencia cada una de las cuales a su vez esta compuesta de un cilindro metalico hueco con un diametro interior de 10 mm y una altura de 28 mm; las fases estan interconectadas entre si por lentes aerodinamicas constituidas por discos de acero con un diametro equivalente al de los cilindros huecos y con un orificio central de 2 mm de diametro; la ultima fase esta a su vez conectada con la camara de expansion a traves de otra lente aerodinamica con un orificio con un diametro de 1 mm.

[0085] Un sistema de bombeo (206) compuesto de una bomba “Roots” y una bomba turbomolecular, lleva la presion a la camara de expansion a aproximadamente 9,3 x 10-5 Pa.

[0086] A continuacion, se inicia el procedimiento para la produccion e implantacion de los nanoagregados electricamente neutros, operando en un regimen de pulsos con una frecuencia de 5 Hz. En cada ciclo, se abre la valvula del solenoide durante 300 gs y despues de un periodo de espera de 0,43 ms desde la apertura de la valvula, se aplica un voltaje de 850 V entre el anodo y el catodo de la fuente (la varilla de plata) durante un periodo de 80 gs. Se genera una mezcla de argon y nanoagregados de plata que tiene una presion de aproximadamente 0,27 bar. Debido a la diferencia de presion entre la cavidad de la fuente y la camara de expansion, se acelera la mezcla hacia esta ultima produciendo un haz de nanoagregados de plata con una velocidad media de aproximadamente 1000 m/s.

[0087] La camara de expansion se comunica con una camara de deposito (209) a traves de una espumadera con un orificio de 3 mm en el vertice. La camara de deposito esta conectada con un segundo sistema de bombeo (210), similar al anterior, que mantiene una presion media de aproximadamente 6,7 x 10-3 Pa dentro de la camara de deposito durante el funcionamiento de la fuente.

[0088] En la camara de deposito, en direccion ortogonal con respecto al eje del haz y vuelto hacia el haz de nanoagregado, hay una sujecion de muestra de 10 cm x 10 cm sobre la que se coloca la rejilla de PDMS moldeada producida en el Ejemplo 1, antes de la evacuacion de la camara de deposito. Se conecta la sujecion de muestra con el sistema con motor control remoto, que tiene la capacidad para desplazar dicha sujecion de muestra (y en consecuencia la rejilla de PDMS moldeada) en las dos direcciones ortogonales con respecto al eje del haz de agregado que permite llevar a cabo el “rasterizado” a lo largo de un area de 8 cm x 8 cm, exponiendo el haz de nanoagregados a la region completa de la sujecion de muestra, donde se coloca la rejilla de PDMS moldeada.

[0089] Antes de la exposicion y durante ella, la rejilla de PDMS moldeada se mantiene a temperatura ambiente (aproximadamente 25°C). El periodo de exposicion es de 90 minutos.

[0090] Se coloca un sustrato de silicio de 5 mm x 5 mm de dimension, semi-enmascarado con una hoja de aluminio, sobre la sujecion de muestra proxima a la rejilla de PDMS moldeada y es interceptado por el mismo haz de nanoparticulas (desplazando la sujecion de muestra) que la rejilla de PDMS moldeada; se mide un espesor equivalente de 89 ± 2 nm de nanoagregados de plata. La cantidad de nanoagregados de plata implantada en el soporte de PDMS en este ejemplo da lugar a una superficie completamente reflectante.

[0091] Se somete la rejilla metalizada obtenida de este modo a las mismas caracterizaciones morfologicas que la rejilla de PDMS base obtenida en el Ejemplo 1, concretamente, dos medidas MFA; en la Fig. 11, en los recuadros B y E, respectivamente, se representan el mapa de altura y el perfil de la superficie obtenidos con la exploracion de una sola linea de la medicion de MFA de esta muestra.

Ejemplo 3 (comparativo)

[0092] Este ejemplo se refiere a la metalizacion de una rejilla de PDMS moldeada desnuda de acuerdo con el metodo de la tecnica anterior.

[0093] Se produce una segunda rejilla de PDMS moldeada desnuda siguiendo el procedimiento del Ejemplo 1. Se metaliza dicho soporte por evaporacion. Se coloca la rejilla de PDMS moldeada desnuda sobre una sujecion de muestra junto con un pequeno sustrato de silicio (5 mm x 5 mm) semi-enmascarado con una hoja de aluminio para la medida del espesor equivalente y se coloca en la camara de vacio del aparato de evaporacion en frente de un crisol de molibdeno rellenado con 2 gramos de aglomerado de plata. A continuacion, se evacua la camara de vacio con una bomba de difusion hasta una presion de 4 x 10-3 Pa. Se calienta el crisol mediante un efecto Joule con una corriente directa de aproximadamente 70 A y se deposita la plata evaporada sobre la rejilla de PDMS moldeada desnuda y la lamina de silicio durante aproximadamente 10 minutos. Al medir el escalon de altura entre el silicio no depositado y la parte depositada, se obtiene un espesor equivalente de 60 nm.

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[0094] La rejilla metalizada obtenida de esta forma es totalmente reflectante y se somete a las mismas caracterizaciones morfologicas que la rejilla de PDMS base obtenida en el Ejemplo 1, concretamente, dos medidas MFA; en la Fig. 11, en los recuadros C y F, respectivamente, se muestran el mapa de altura y el perfil de la superficie obtenidos en la exploracion de una sola linea que resulto con la medida del MFA.

Ejemplo 4

[0095] Este ejemplo se refiere a la produccion de una rejilla parcialmente reflectante de acuerdo con una primera variante del ejemplo de realizacion de la invencion.

[0096] Se produce un soporte de PDMS plano vertiendo “PDMS liquido” (producido tal como se ha descrito en el Ejemplo 1) sobre un portaobjetos de vidrio de 1 cm x 1 cm de dimension; despues de la polimerizacion, la plancha de PDMS obtenida tiene un aspecto de tipo goma transparente y se puede extraer del soporte plano, tal como se ha descrito en el ejemplo 1.

[0097] Se coloca el soporte de PDMS obtenido de esta forma sobre la sujecion de muestra del aparato de SCBI descrito en referencia a la Fig. 2. Se interpone una mascara de estarcido entre el haz y el soporte de PDMS, a una distancia de 0,5 mm desde este ultimo. La mascara es una rejilla TEM (rejilla G2786N de Agar Scientific) con aberturas cuadradas que tienen 8,5 pm de lado y estan separadas a una distancia de 3 pm. A continuacion, se comienza el deposito del nanoagregado siguiendo el mismo procedimiento que el descrito en el Ejemplo 2, con la unica diferencia de que, en este caso, se utiliza una varilla de oro con un diametro de 3mm, y que el deposito dura 60 minutos; se mide un espesor equivalente de aproximadamente 50 nm.

[0098] Se observa la muestra obtenida de esta forma con un microscopio optico de reflexion; en la Fig. 14 se reproduce la microfotografia tomada con el microscopio. La visibilidad del patron cuadrado con el microscopio optico de reflexion es una confirmacion de la buena reflexion de la luz de iluminacion a traves de los cuadrados de oro implantados. En cambio PDMS sin implantar desnudo parece negro debido a su transparencia y la falta de reflexion de la luz de iluminacion. Tal como se puede observar claramente, gracias a la alta colimacion del haz de los nanoagregados en SCBI, las aberturas de la mascara se replican perfectamente sobre la pelicula de PDMS con una resolucion submicrometrica.

[0099] La rejilla SCBI estirable deformable obtenida a traves de este procedimiento es semi-reflectante debido a las regiones de PDMS desnudas no implantadas entre PDMS con patron oro.

Ejemplo 5

[0100] Este ejemplo se refiere a la caracterizacion optica de una rejilla de la invencion.

[0101] Se estudian las propiedades opticas de la muestra producida en el ejemplo 2 utilizando la instalacion experimental descrita en referencia a la Fig. 5.

[0102] Antes de utilizar esta instalacion experimental para evaluar las muestras producidas en los ejemplos, se comprueba su funcionamiento apropiado midiendo, como referencia, las propiedades opticas de la rejilla rigida plana utilizada como pieza maestra en el Ejemplo 1; esta rejilla tiene una periodicidad de ranura conocida segun los datos del productor de 1200 lineas /mm, que corresponde a una distancia del paso de 833 nm. El angulo de difraccion medido en esta muestra de referencia segun la instalacion de la Fig. 5 tiene como resultado 832 ± 3 nm, totalmente compatible con el valor nominal; esto demuestra que a traves de la instalacion optica adoptada, es posible determinar de forma correcta y precisa la distancia del paso de la rejilla de difraccion plana.

[0103] Con la instalacion experimental descrita en referencia con la Fig. 5, se estudio el comportamiento optico de la rejilla producida en el Ejemplo 2. La figura 6 muestra uno de los puntos de difraccion (61) obtenidos utilizando dicha rejilla en una pantalla graduada situada a una distancia de 40 cm desde la rejilla (tanto las lineas negras paralelas horizontales (62) como las verticales (62’) de la reticula de la pantalla tienen una separacion de 2 cm), tal como se puede observar, el punto es estrecho y esta bien definido, con el resultado de una medicion precisa y fiable de su posicion y por tanto del angulo de difraccion. Se monta la rejilla en una instalacion optica de manera que sus ranuras queden alineadas en la direccion vertical; en consecuencia, los puntos de difraccion (61) estan en los dos lados opuestos de la direccion horizontal con respecto al haz de luz incidente, segun lo esperado.

[0104] Por medio del extendedor 505, se tensa la rejilla objeto de la prueba en la direccion perpendicular a las ranuras, al mismo tiempo que se mantiene constante la direccion del haz de laser incidente 511. Se detecta el desplazamiento de los puntos 61 y se mide de manera constante a lo largo de la prueba. La Figura 7 es un grafico en el que se registra el “porcentaje de la variacion de la distancia del paso (obtenida midiendo el angulo de difraccion y aplicando la ecuacion 1) en funcion del “% de estiramiento” aplicado. Tal como se muestra en el grafico, los datos experimentales muestran claramente una tendencia lineal. Al realizar un ajuste lineal de los datos, se obtiene un coeficiente de expansion optica igual a 1,003 (con un coeficiente de regresion lineal r2 = 0,998).

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[0105] Cabe destacar que la capacidad de la rejilla reflectante de la invencion para dispersar la luz es evidente ya a simple vista; cuando se ilumina con la luz visible, se dispersan los componentes espectrales de la misma manera que una rejilla rigida normal.

[0106] Este ejemplo demuestra claramente el buen comportamiento optico que se puede conseguir con una rejilla obtenida de acuerdo con el metodo de la presente invencion, y la posibilidad de cambiar de forma sencilla su funcionalidad optica variando la tension aplicada. Cabe destacar que dicha rejilla se puede estirar hasta un 25% manteniendo su funcionalidad optica.

Ejemplo 6 (comparativo)

[0107] Este ejemplo se refiere a la caracterizacion optica de una rejilla de la tecnica anterior.

[0108] Se mide la rejilla producida en el Ejemplo 3 siguiendo el mismo procedimiento del Ejemplo 5. En la figura 8 se muestra la configuracion puntual obtenida tras el estiramiento de esta rejilla. Como en el Ejemplo 5, tambien en este caso hay dos puntos de difraccion, 81 y 81’, situados lateralmente a los dos lados del haz de luz incidente 82 y visible en el espejo (83), pero los puntos son mucho mas grandes y estan mucho menos definidos que los que se obtienen con la rejilla de la invencion. Tal como se sabe, esto se puede deber a la formacion de un gran numero de grietas paralelas a la estructura periodica. Por otra parte, mas alla de los dos puntos laterales, tambien hay dos puntos verticales (84) situados a los lados opuestos del haz de luz incidente (82) (solamente es visible uno de estos dos puntos verticales en la figura 8). Tal como saben las personas especializadas en este campo, la dispersion vertical de estos puntos indica la presencia de una estructura periodica horizontal adicional en la superficie de la rejilla, perpendicular a las hendiduras moldeadas del dispositivo, probablemente como consecuencia de la formacion de grietas tambien en la direccion horizontal (es decir, paralelas a la direccion de estiramiento) que tienen cierta distancia periodica. La presencia de muchas grietas perpendiculares puede provocar aberraciones en la luz difractada, con la aparicion de haces de difraccion secundarios y que alteran negativamente la funcionalidad de la rejilla reflectante de esta forma.

[0109] Tal como se muestra en la Figura 9, a partir del analisis cuantitativo del ajuste lineal de los datos experimentales obtenidos siguiendo el mismo procedimiento que se ha explicado en el Ejemplo 5, se obtiene un coeficiente de expansion optica de 0,984 (con un coeficiente de regresion lineal de r2 = 0,98). Estos resultados confirman el comportamiento optico mas deficiente de esta rejilla en comparacion con los obtenidos con la rejilla producida a traves del metodo de la presente invencion.

Ejemplo 7

[0110] En este ejemplo, se realiza otra comparacion de las propiedades opticas de una rejilla producida de acuerdo con la invencion y una rejilla producida de acuerdo con la tecnica anterior.

[0111] Durante las pruebas realizadas en los Ejemplos 5 y 6, se mide el valor del angulo solido Q (en esteradianes) que subyace bajo los puntos difractados en funcion del porcentaje de estiramiento en el primer ciclo de estiramiento de la rejilla de la invencion (Ejemplo 5) y de la rejilla de la tecnica anterior (Ejemplo 6); los resultados se registran en el grafico del recuadro a de la Fig. 10; tal como se puede observar claramente en el grafico, la rejilla producida de acuerdo con la tecnica anterior (evaporacion) presenta valores del angulo solido superiores, y por lo tanto puntos difractados mas amplios, lo que atestigua el mayor deterioro de la capa reflectante de esta rejilla en comparacion con la rejilla producida por SCBI.

[0112] Se lleva la misma comparacion tras 1000 ciclos de estirado de las dos rejillas. Los valores del angulo solido Q medidos durante el 1000° ciclo de elongacion frente al % de estiramiento queda registrado en el recuadro b de la Figura. 10. Tal como se puede observar, la rejilla de la invencion mantiene una clara ventaja con respecto a la rejilla de la tecnica anterior. Esto significa que la rejilla de la invencion es mas fiable que la de la tecnica anterior en aplicaciones opticas en las que se requieren lineas espectrales nitidas o que tienen que ver con un fenomeno de formacion de imagen.

Ejemplo 8

[0113] Este ejemplo se refiere a la caracterizacion optica de una rejilla de la invencion.

[0114] Se somete a ensayo el patron de difraccion generado por la rejilla producida en el Ejemplo 4 (con puntos cuadrados, Fig. 14) con un haz de luz monocromatica (laser He-Ne, longitud de onda 632,8 nm). En relacion con la figura 15, el haz de luz incidente 151 impacta en la rejilla 152 y se difracta en dos direcciones ortogonales, tal como se preve con una rejilla cuadrada. El patron de difraccion (153) es claramente visible en la pantalla y son visibles al menos 4 ordenes de difraccion en la direccion horizontal y al menos 2 ordenes de difraccion son visibles en la direccion vertical.

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Ejemplo 9

[0115] Este ejemplo muestra las propiedades opticas de una rejilla de la invencion cuando se aplica sobre una superficie que no es plana, en comparacion con las rejillas de la tecnica anterior.

[0116] En relacion con la Figura 16, se aplica una rejilla de la invencion, 161, producida tal como se ha descrito en el Ejemplo 2, sobre una superficie interior no reflectante de un soporte cilindrico concavo, 162; se aplica la rejilla a dicha superficie con la cara del enves del soporte elastomero (el opuesto a la cara metalizada) en contacto con la superficie cilindrica; en esta configuracion, la luz incidente no pasa a traves del soporte elastomero, impidiendo asi la absorcion y/ refraccion. El haz de luz incidente, 163, es astigmatico en direccion vertical, con una seccion del haz de luz incidente tal como se muestra en 164. La rejilla 161 difracta el haz de luz incidente en los ordenes permitidos por el paso de la rejilla tal como saben las personas especializadas en la tecnica. En el dibujo, se representan esquematicamente los haces de luz que sale de los ordenes 0° (165) y 1° (166). Considerando el 1er orden de difraccion, la forma cilindrica de la rejilla 161 mantiene el haz de luz difractada (166) sin cambios en la direccion horizontal, pero se enfoca en la direccion vertical, tal como queda representado por la seccion del haz de luz difractada que se muestra en 167.

[0117] Para verificar la calidad de la rejilla curvada como espejo cilindrico, se mide la distancia focal (168) entre la rejilla iluminada con la luz monocromatica y el punto focal del 1er orden de difraccion y se compara con el valor teorico obtenido a partir de la siguiente ecuacion:

f = Rcos2p / (cosa+cosp)

[0118] En la que f es la distancia focal, R es el radio de la curvatura del soporte cilindrico, a y p son respectivamente el angulo incidente y de difraccion con respecto a la direccion normal de la rejilla.

[0119] Los resultados confirman la coherencia entre los valores experimental y teorico con un margen de error de 10%.

[0120] Se realizan las mismas medidas con una rejilla de la tecnica anterior (producida por evaporacion) aplicada a la misma superficie cilindrica y segun lo previsto, la conciliacion entre la distancia focal experimental y teorica es mucho peor (error muy por encima de 10% y medidas no repetibles). Esta discrepancia en el caso de la rejilla de la tecnica anterior se debe al agrietamiento de la capa de metal rigida que no es conformable con la superficie curvada sobre la que se aplica la rejilla y al desajuste entre la elasticidad de dicha capa de metal y el soporte elastomero.

[0121] Estos resultados cuantitativos confirman la mejor calidad optica de la rejilla reflectante producida por SCBI de acuerdo con la invencion en comparacion con la rejilla de la tecnica anterior tras la deformacion, asi como la capacidad de una rejilla curvada de la invencion de concentrar la luz, evitando asi el uso de sistemas opticos mas complejos hechos por ejemplo de una rejilla de transmision (a traves de la cual pasa el haz de luz incidente, experimentado absorcion y refraccion) como elemento de dispersion y un espejo cilindrico como elemento de focalizacion.

[0122] La forma cilindrica que es capaz de adoptar la rejilla de la invencion permite la reflectancia y anadir o eliminar el astigmatismo de los haces de luz difractada.

Ejemplo 10

[0123] Este ejemplo demuestra la capacidad de una combinacion de elementos opticos estirables y deformables producidos de acuerdo con la invencion de dispersar, enfocar y modificar un frente de onda de un haz de luz incidente arbitrario.

[0124] En este ejemplo, se entiende por “espejo SCBI estirable y deformable” un soporte PDMS plano sobre una superficie plana en la que hay presente una capa de espesor homogeneo producida por medio de SCBI con metales reflectantes (por ejemplo plata, platino, oro o aluminio) para hacer reflectante la superficie.

[0125] En relacion con la Figura 17, se considera un sistema que comprende una “rejilla SCBI” curvada (171) y un “espejo SCBI estirable y deformable” (172). El objetivo de dicho sistema es difractar un haz de luz incidente (173) con modulaciones de frente de onda arbitrarias tanto en la direccion vertical (174) como la horizontal (175) para focalizar y corregir las aberraciones configurando apropiadamente el frente de onda del haz de luz emergente (176) tanto en la direccion vertical (177) como en la direccion horizontal (178). En el presente documento, los terminos “vertical” y “horizontal” son relativos a la orientacion de elementos y haces en la Figura 17. Para las propiedades de enfoque, se aplica la rejilla 171 sobre un soporte sustancialmente cilindrico concavo (179) con un eje de rotacion horizontal para enfocar el haz de luz incidente en la direccion vertical al mismo tiempo que se aplica el “espejo SCBI estirable y deformable” sobre un soporte cilindrico sustancialmente concavo con un eje de rotacion vertical (180) con el fin de enfocar el haz de luz difractada (181) que proviene de la rejilla en la direccion horizontal. Para difractar el haz de luz incidente (173) en el plano vertical, se aplica la rejilla sobre el soporte 179, por ejemplo, con las

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hendiduras en la direccion horizontal, siguiendo el procedimiento descrito en el ejemplo anterior. Por ultimo, se modifica el frente de onda del haz de luz incidente con la forma mas compleja y mejor determinada de los dos soportes cilindricos (179, 180) en direccion perpendicular a la curvatura cilindrica modificando el frente de onda en las direcciones horizontal y vertical, respectivamente. Las personas especializadas en la tecnica pueden fabricar dichos soportes (179, 180) facilmente, por ejemplo, con un torno conico o, de forma mas sencilla con una maquina CNC.

Exposicion de las caracterizaciones morfologicas y opticas

[0126] Se realizan las caracterizaciones morfologicas antes y despues del estiramiento y la caracterizacion del comportamiento optico durante el estirado en las muestras producidas en los Ejemplos antes indicados, estudiando en particular la modificacion de la distancia del paso y la forma del punto de luz difractada durante el estiramiento.

[0127] Dadas las pequenas dimensiones de las hendiduras de estas rejillas, se estudio la morfologia por medio de un microscopio de fuerza atomica (MFA). En la tabla 11 se muestran las caracterizaciones resultantes. En particular, los recuadros (A), (B) y (C) de la Figura 11 presentan la comparacion entre las rejillas PDMS moldeadas desnudas, una rejilla SCBI deformable y estirable producida de acuerdo con la invencion (primera realizacion) y de acuerdo con la tecnica anterior (metalizacion por evaporacion).

[0128] El primer recuadro A representa un mapa de altura de MFA de la rejilla PDMS moldeada desnuda; la estructura periodica de la superficie moldeada es evidente. Esto se puede observar claramente ademas en el grafico del perfil de una sola linea de exploracion, tal como se muestra en el recuadro D, que resalta el perfil casi sinusoidal de la estructura periodica. A partir del analisis del mapa MFA (recuadro A), se determina una distancia de paso de 850 ± 28 nm que es totalmente compatible con la distancia del paso de 833 nm (densidad de hendiduras de 1200 lineas/mm) de la rejilla rigida plana utilizada como pieza maestra para el proceso de moldeado. Asimismo, tal como se puede observar claramente a partir del perfil de exploracion de una sola linea, adquirido en direccion ortogonal con respecto a las hendiduras de la rejilla, presentado en el recuadro D, la altura pico-a-valle del perfil para la rejilla PDMS desnuda es 55,0 ± 1,4 nm.

[0129] Se realizan las mismas medidas sobre la rejilla de la invencion producida en el Ejemplo 2. En el recuadro B de la Fig. 11 se muestra el mapa de altura de MFA de la muestra obtenida en el Ejemplo 2. El mapa obtenido es muy similar al obtenido con la rejilla PDMS moldeada desnuda (A). La calidad de reproduccion del perfil del soporte obtenido con esta metalizacion tambien es evidente en el grafico, recuadro E de la Fig. 11, de un perfil de exploracion de una sola linea tomado en direccion ortogonal con respecto a las ranuras de la rejilla; de hecho, el perfil de exploracion de linea (E), muy similar al relativo a la rejilla PDMS moldeada desnuda (D) presenta una distancia del paso de 860 ± 33 nm, que es completamente compatible con la distancia del paso tanto de la rejilla rigida utilizada como pieza maestra para la rejilla PDMS moldeada como para la propia rejilla PDMS moldeada desnuda; esta muestra presenta una altura pico-a-valle de 46,2 ± 0,1 nm.

[0130] Por ultimo, se realizan las mismas medidas sobre la rejilla obtenida en el Ejemplo 3, de acuerdo con el

metodo de evaporacion de la tecnica anterior. El mapa de altura MFA de esta muestra, recuadro C de la Fig. 11, es bastante diferente de los relativos a los dos casos anteriores (recuadros A y B). Sigue estando presente una estructura periodica, pero se observan muchas grietas, tanto paralelas como perpendiculares a la estructura periodica de la rejilla. El perfil de exploracion de una sola linea MFA, recuadro F de la Fig. 11 confirma las

diferencias morfologicas relevantes en comparacion con los perfiles de exploracion de linea D y E, que muestran

que el perfil de la rejilla PDMS moldeada desnuda de partida no se mantiene tras el revestimiento a traves de un proceso de evaporacion termico. Estos resultados se confirman tambien con un analisis cuantitativo: la distancia del paso para la rejilla obtenida en el Ejemplo 3 sigue siendo similar (854 ± 31 nm) a la de la rejilla PDMS moldeada desnuda, pero la altura pico-a-valle media es mucho mas alta (81 ± 7 nm) que en el caso de la rejilla PDMS moldeada desnuda.

[0131] La regularidad de la estructura periodica de estas rejillas tambien se puede estudiar, tal como se sabe en la

tecnica, a traves del histograma de altura de sus perfiles. En la figura 12, se presentan los histogramas de altura

relativos a la rejilla de PDMS moldeada desnuda (AA) y la rejilla obtenida en el Ejemplo 2 de acuerdo con la

invencion (BB), asi como la rejilla obtenida en el Ejemplo 3 de acuerdo con la tecnica anterior (CC).

[0132] Tal como se preve, el histograma de altura en relacion con la rejilla PDMS moldeada desnuda (AA) presenta dos picos estrechos y separados bien definidos que indican una estructura periodica perfectamente definida. En el histograma de altura en relacion con la rejilla de la invencion (BB), siguen estando presentes dos picos estrechos y separados que tienen solamente un ancho ligeramente mas grande en el caso de la rejilla PDMS moldeada desnuda (AA). Finalmente, en el histograma de altura relativo a la rejilla de la tecnica anterior (CC), los dos picos presentan un notable ensanchamiento (es decir, un fuerte aumento de sus anchos), haciendose apenas distinguible. Esto demuestra una gran irregularidad de la estructura periodica de la rejilla obtenida metalizando una superficie elastomera por evaporacion que, tal como saben las personas especializadas en la tecnica, determina un comportamiento optico deficiente.

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[0133] Se evaluan las muestras producidas en los Ejemplos 2 y 3 ademas inspeccionandolas con un microscopio optico.

[0134] La figura 13 presenta las imagenes opticas obtenidas de la superficie de la rejilla del Ejemplo 2 (izquierda) y la superficie de la rejilla del Ejemplo 3 (derecha) tras el estiramiento de ambos dispositivos. Tal como se muestra en la imagen de la izquierda de la Figura 13, la rejilla de la invencion 131, presenta pocas grietas (132, 132’) sobre la capa superficial que no afectan significativamente al comportamiento optico del dispositivo. En cambio, se observan grietas mas grandes y evidentes (133, 133’, 133”) en la superficie de la rejilla obtenida por evaporacion (134) que afectan mas al comportamiento optico de este dispositivo (en particular, por ejemplo, reduciendo la nitidez de los puntos difractados). Aparte de estas grietas verticales, paralelas a la direccion de las hendiduras de la rejilla, es posible observar tambien muchas grietas horizontales (135, 136), causadas por el estiramiento de la capa evaporada de metal rigida y ortogonal con respecto a la direccion de las hendiduras de la rejilla. La direccion y regularidad de estas grietas horizontales es responsable de los puntos de difraccion alineados verticalmente (84) observados en el patron de difraccion que se presenta en la Fig. 8, obtenido con la rejilla producida por evaporacion. Estos resultados demuestran como el comportamiento de baja calidad (formacion de grietas, deslaminacion y mala reproducibilidad del patron de moldeado,...) de la capa metalica formada por medio de la metalizacion convencional (como por ejemplo evaporacion) sobre el soporte elastomero moldeado conduce tambien a una escasa funcionalidad optica de la rejilla.

[0135] Las medidas opticas expuestas por tanto confirman el mejor comportamiento optico de una rejilla total o parcialmente reflectante elastomera moldeada (preferentemente producida sobre PDMS) metalizada a traves de SCBI en comparacion con la obtenida con una tecnica de metalizacion convencional (p.ej. evaporacion). Se minimizan los defectos y el ensanchamiento de los puntos de difraccion y se evita la formacion de grietas horizontales en la superficie reflectante de la rejilla elastomera (preferentemente, a base de PDMS) utilizando SCBI como tecnica de metalizacion.

[0136] Gracias al proceso de implantacion del Haz de Agregacion Supersonica, los elementos opticos total o parcialmente reflectantes estirables y deformables (en particular, rejillas) obtenidos en la invencion no presentan deterioro del polimero que compone la rejilla de PDMS moldeada, ya que el proceso en conjunto, en esta realizacion preferente de la presente invencion, se realiza a temperatura ambiente. Asimismo gracias al proceso de “rasterizado” es posible implantar la cara activa optica (es decir, la cara moldeada) del soporte elastomero con nanoagregados metalicos de una forma muy homogenea.

[0137] A partir de los resultados presentados, es evidente que el uso de los nanoagregados en un regimen supersonico permite reproducir sin alteracion del perfil del soporte elastomero desnudo ya sea plano o moldeado. Es algo unico gracias al uso de SCBI y no se puede conseguir utilizando por ejemplo la metalizacion de atomos u otras especies producidas y manipuladas en un regimen efusivo. La ventaja de la unicidad del uso de SCBI en la produccion de capas reflectantes de dispositivos opticos estirables y deformables (como por ejemplo una rejilla de difraccion reflectante estirable y deformable) es por tanto evidente. La fidelidad enormemente alta con que se mantiene el perfil superficial, al pasar de un soporte elastomero desnudo al dispositivo metalizado unido a la combinacion de reflectancia y capacidad de estiramiento y deformacion (y posiblemente la conductividad) de la capa de nanomaterial compuesto, es algo unico de esta tecnica y no podia preverse de antemano, ni siquiera a partir del contenido de la solicitud de patente anterior WO 2011/121017 A1.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Metodo para la produccion de una rejilla de difraccion estirable y deformable, total o parcialmente reflectante (302) que comprende la implantacion uniforme en al menos una superficie de un soporte elastomero (105), a traves de la tecnica de “Implantacion de Haz de Agregado” de nanoagregados neutros de un material seleccionado entre uno o mas metales, sus aleaciones, sus oxidos o mezclas de los mismos, obteniendo asi en dicha superficie de dicho soporte una capa de nanomaterial compuesto (301), que emerge posiblemente a la superficie de dicha rejilla de difraccion, caracterizado por que dicha superficie tiene un perfil moldeado que corresponde al perfil de la rejilla de difraccion que se va a producir.
2. Metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, que comprende las fases de:

- crear un haz de nanoagregados neutros de dicho material, en el que dichos nanoagregados tienen una velocidad media comprendida entre 100 y 10000 m/s y un tamano inferior a 50 nm;

- dirigir dicho haz sobre dicha superficie del soporte elastomero.
3. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha tecnica es una “Implantacion de Haz de Agregado Supersonico”.
4. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que dicho metal es Au, Ag, Pd, Pt, Cu, Ti, Fe, Ni, Cr, Co, Nb, Zr, Al, V, Zn, Mo, W, Pb, Sn, Hf e Ir.
5. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que dicho material elastomero se selecciona entre polisiloxanos, gomas de silicona, latex, elastomeros termoplasticos, fotorresistentes, poliuretano, poliamida, polimida, fluoropolimeros, polivinil pirrolidona, polietilen glicol, polioxido de etileno, polialcohol vinilico o hidrogeles.
6. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 5, en el que dicho material elastomero es polidimetilsiloxano, es decir PDMS.
7. El metodo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos nanoagregados tienen un tamano comprendido entre 1 y 20 nm.
8. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que durante la implantacion de los nanoagregados, el soporte elastomero se mantiene a una temperatura comprendida entre -10 °C y 150 °C.
9. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 8, en el que dicha temperatura es la temperatura ambiente.
10. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que tras la implantacion de los nanoagregados en el soporte elastomero, se cura la capa de nanomaterial compuesto asi obtenida a una temperatura de aproximadamente 40 °C a aproximadamente 120 °C durante un periodo de aproximadamente 0,3 horas a aproximadamente 48 horas.
11. Una rejilla de difraccion estirable y deformable total o parcialmente reflectante (302) obtenida de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
12. Una rejilla de difraccion estirable y deformable, total o parcialmente reflectante de acuerdo con la reivindicacion 11, en la que la capa de nanomaterial compuesto formada en la superficie del soporte elastomero es tanto total o parcialmente reflectante como electricamente conductora.
13. Un rejilla de difraccion estirable y deformable total, o parcialmente reflectante de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 11 o 12, en la que la capa de material nanocompuesto formada en la superficie del soporte elastomero tiene un espesor comprendido entre 5 nm y 20 pm.
14. Una rejilla de difraccion estirable y deformable, total o parcialmente reflectante de acuerdo con la reivindicacion 13, en la que dicha capa de nanomaterial compuesto tiene un espesor comprendido entre 10 nm y 1 pm.
15. Un sistema optico que comprende al menos una rejilla de difraccion estirable o deformable, total o parcialmente reflectante de una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14.
16. Uso de un sistema optico de acuerdo con la reivindicacion 15, para dispersar, focalizar y modificar el frente de onda de un haz de luz incidente arbitrario.