聚合物微流控芯片脫模過程研究.pdf

1、PMMA微流控芯片微通道采用熱壓成形法制作。熱壓成形法是制作聚合物微流控芯片的重要方法之一，可將其分成熱壓充模、保壓和冷卻脫模三個階段，其中冷卻脫模過程中的模具和聚合物接觸界面間的粘附會導(dǎo)致熱壓基片的微結(jié)構(gòu)損壞，對制作質(zhì)量產(chǎn)生重大影響。由于熱壓金屬模具與PMMA的膨脹系數(shù)不同(下稱熱不匹配)，會導(dǎo)致降溫脫模時芯片內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力，造成芯片翹曲變形。本章研究熱殘余應(yīng)力，并重點研究熱壓的過程參數(shù)：溫度、時間、壓力等對于芯片的殘余應(yīng)力的影響，

2、以及在基片整體變形較小的情況下基片內(nèi)部的應(yīng)力變化趨勢，并用有限元仿真進行了理論研究和仿真分析。 在熱壓成形實驗方面的工作主要有： 通過PMMA聚合物熱壓實驗，研究了熱壓過程參數(shù)：溫度、時間、壓力對熱壓成形后基片翹曲變形的影響，通過正交實驗的方法分析確定了優(yōu)化的過程參數(shù)，利用優(yōu)化的實驗參數(shù)重新安排熱壓實驗，通過熱壓裝置的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)收集到基片在熱壓過程中的變形隨時間的變化，基于粘彈性理論來分析應(yīng)力曲線得到脫模過程中得到基片

3、的應(yīng)變隨時間的變化。 在理論和仿真方面的工作有： 由上述實驗中得到的數(shù)據(jù)通過擬合等數(shù)據(jù)處理找到基片應(yīng)變隨時間的變化情況，并且依據(jù)聚合物熱粘彈性理論中的積分型粘彈性模型求出基片在冷卻過程中應(yīng)力σ隨時間的變化規(guī)律σ(t)。 利用板殼力學(xué)中薄板在小撓度下應(yīng)力計算的原理研究了基片熱壓后的殘余應(yīng)力。 在有限元分析思想的指導(dǎo)下，建立微溝道的有限元模型，利用ANSYS軟件進行芯片熱變形和應(yīng)力變化的仿真。 在計算