面向生物芯片應(yīng)用的非晶合金模具的精密復(fù)制.pdf

1、微流控芯片是生物芯片中最受關(guān)注的一類(lèi),在生物醫(yī)學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用。在微流控芯片的制備技術(shù)中,高分子聚合物是最合適的基片材料,其制備過(guò)程一般采用熱壓印、模塑及注塑成形方法將陽(yáng)模的微結(jié)構(gòu)復(fù)制到聚合物基片上。目前所采用的陽(yáng)模如電鑄鎳模、硅模、SU-8模及陽(yáng)極氧化鋁模等存在生產(chǎn)耗時(shí)長(zhǎng)、材質(zhì)易碎、使用壽命低等諸多問(wèn)題。而非晶合金的優(yōu)異力學(xué)性能,化學(xué)性能及過(guò)冷液態(tài)區(qū)的超塑性,使其不僅具有高強(qiáng)度、高硬度、良好的耐腐蝕、耐磨性,且具有優(yōu)異的成形性能。將

2、其作為高分子聚合物成形陽(yáng)模,將能解決現(xiàn)有模具存在的諸多問(wèn)題。
　　本研究瞄準(zhǔn)生物芯片應(yīng)用市場(chǎng),首先設(shè)計(jì)出具有微流槽結(jié)構(gòu)的微型模尺寸圖,然后加工掩膜版,并利用在硅表面干法蝕刻出陰母模。采用銅模吸鑄法制得Zr35Ti30Be26.75Cu8.25塊體非晶合金,并進(jìn)行熱力學(xué)及結(jié)構(gòu)表征。采用熱壓成形的方法在370℃、1×10-3s-1條件下熱壓成形Zr35Ti30Be26.75Cu8.25非晶合金,獲得結(jié)構(gòu)完整的非晶合金微流槽模具。采用S

3、EM對(duì)非晶合金與硅模的界面進(jìn)行微觀分析,發(fā)現(xiàn)沒(méi)有任何明顯間隙存在。采用DEFORD-3D軟件對(duì)熱壓成形過(guò)程進(jìn)行模擬。并采利用Hagen-Poiseuille理論進(jìn)行計(jì)算。獲得與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致的理論結(jié)果:在此熱壓成形條件下,較低的成形應(yīng)力就可以實(shí)現(xiàn)非晶合金微流槽模具的精密復(fù)制。
　　考慮到溫度和應(yīng)變速率是影響非晶合金熱壓成形時(shí)材料的流動(dòng)特性的主要因素。本文接下來(lái)研究了Zr35Ti30Be26.75Cu8.25塊體非晶合金在不同溫度和應(yīng)

4、變速率下單軸壓縮變形行為,結(jié)果發(fā)現(xiàn),在一定溫度下,隨著應(yīng)變速率的增加,Zr35Ti30Be26.75Cu8.25非晶合金的流動(dòng)特性出現(xiàn)了由牛頓流變非牛頓流變的轉(zhuǎn)變。在相同的溫度和應(yīng)變速率下,本研究對(duì)Zr35Ti30Be26.75Cu8.25非晶合金進(jìn)行熱壓成形,采用SEM對(duì)成形后微流槽模具的完整性和成形高度進(jìn)行分析,獲得非晶合金的流動(dòng)特性與成形能力之間的關(guān)系。并采用DEFORD-3D軟件對(duì)不同流動(dòng)特性下的熱壓成形進(jìn)行模擬,得到與實(shí)驗(yàn)一致