毛細管力在微納米滾壓成型中作用的研究.pdf

1、微納米滾壓成型技術是一種新型的微納結構加工技術，通過表面具有微結構的模具進行連續(xù)的壓印復制，且具有生產(chǎn)設備簡單、成本低和效率高等優(yōu)點。近年來，微納米加工技術也從最初的集成電路、微型器械領域，延伸到了生物芯片、精密儀器、存儲設備和柔性顯示器等領域。隨著其應用范圍越來越廣泛，市場需求也隨之增加，而傳統(tǒng)的微納加工技術在生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本和加工精度方面的限制，已無法滿足市場需求。微納米滾壓成型技術以其獨具的優(yōu)勢成了當下微細加工領域的研究熱點。非

2、晶體聚合物在微納米滾壓成型加工中，最適合的成型溫度為其玻璃化溫度以上附近。在該溫度下，聚合物材料的力學響應為復雜的粘彈性，其成型機理也相對復雜。因此有必要對玻璃化溫度附近，非晶體聚合物的充模機理以及脫模后的回彈變形進行系統(tǒng)而深入的分析。
　　本文首先從理論方面研究了聚合物流體的充模，基于潤滑近似理論和邊界無滑移條件，建立了不可壓縮流體的二維流動粘性模型。此外，由于加工尺寸小至微納米量級，材料表面體積比增大，相比于體積力表面力不可忽

3、略。因此在充模理論研究中，考慮了由表面張力引起的毛細管力對充模高度的影響。得到了充模高度的分析解?；谔岢龅哪Ｐ停约洪_發(fā)了 matlab軟件，可得到流體充模高度隨時間、壓力和溫度的變化曲線。結果顯示，毛細管力對聚合物流體在微納米模腔中的充模影響不可忽略。
　　由于非晶體聚合物材料在微納米滾壓成型加工中，常選用的成型溫度為其玻璃化溫度以上20℃附近。該溫度下非晶體聚合物的力學狀態(tài)常呈粘彈性。本文根據(jù)蠕變和應力松弛實驗分析了聚合物的

4、粘彈特性。采用廣義的Maxwell模型來擬合聚碳酸酯材料在玻璃化溫度以上附近的應力松弛實驗數(shù)據(jù)，擬合得到模型的Prony基數(shù)參數(shù)。又根據(jù)時溫等效性原理，利用 WLF方程(Williams-Landel-Ferry方程)得到聚碳酸酯的應力應變主曲線。為成型過程的仿真模擬提供材料依據(jù)。
　　應用非線性有限元軟件 ABAQUS/Explicit分別對微納米滾壓成型的充模和脫模過程進行仿真研究。結合之前建立的聚碳酸酯粘彈性模型，對比分析了