橡膠輔助熱壓成型柔性微流控器件技術(shù)研究.pdf

1、隨著生命科學(xué)、分析科學(xué)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，對(duì)微流控器件的需求越來越高，如何快速、高質(zhì)量地制造一次性微流控器件，成為學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)問題之一。柔性技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在很多領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用，基于柔性技術(shù)發(fā)展起來的柔性微流控器件具有力學(xué)性能好，熱阻抗低，熱效率高，成本低等優(yōu)點(diǎn)。然而，目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究大多數(shù)都是基于硬質(zhì)微流控器件展開的，對(duì)柔性微流控器件的研究還比較少。所以，本文基于柔性聚合物薄膜的特點(diǎn)，提出了一種橡膠輔助熱壓柔性微流控器件

2、的方法。在此基礎(chǔ)上，本文對(duì)橡膠輔助熱壓仿真、熱壓模具設(shè)計(jì)與制造、熱壓工藝、柔性微流控器件鍵合工藝及微混合器的混合性能進(jìn)行了全面的探索和研究。具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　首先，利用有限元的方法對(duì)橡膠輔助熱壓過程進(jìn)行了仿真分析。采用二參數(shù)的Mooney-Rivlin方程作為橡膠和110℃時(shí)PS薄膜的本構(gòu)模型，選用線彈性模型作為90℃和100℃時(shí)PS薄膜的仿真模型。然后分別分析了溫度、壓力和橡膠硬度對(duì)于微溝道質(zhì)量的影響。結(jié)果表明:微溝道深度

3、隨著溫度的升高、壓力的增大或橡膠硬度的減小而增大;微溝道的厚度均勻性隨著溫度的升高而變差，在90℃條件下，微溝道的厚度均值較大，微溝道的厚度均勻性受壓力或橡膠硬度的影響不大，而在110℃條件下，微溝道的厚度均值較小，微溝道的厚度均勻性隨著壓力的增大或橡膠硬度的減小而變差。
　　其次，設(shè)計(jì)并制造了一套熱壓模具，熱壓模具由上模和下模組成，下模上設(shè)計(jì)了盲孔，這樣不僅可以防止橡膠的側(cè)方向移動(dòng)，還可以保證上模只沿著垂直方向運(yùn)動(dòng)。根據(jù)微溝道的

4、形狀特點(diǎn)，上模上的微溝道采用電火花線切割加工而成。
　　再次，通過單因素實(shí)驗(yàn)研究了溫度、壓力和橡膠硬度對(duì)于微溝道質(zhì)量的影響，并且對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和仿真結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明:隨著工藝參數(shù)的變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果表現(xiàn)出了一致的變化趨勢(shì)，進(jìn)而證明了仿真模型的正確性。在此基礎(chǔ)上，得出了最佳的工藝參數(shù)，即溫度為90℃，壓力為20kN，橡膠硬度為30A，此時(shí)微溝道深度為99.5μm，寬度為199.4μm，厚度均值為23.98μm，方差為0