毛細(xì)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(shù)是一種新型的微納結(jié)構(gòu)加工技術(shù)，通過(guò)表面具有微結(jié)構(gòu)的模具進(jìn)行連續(xù)的壓印復(fù)制，且具有生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低和效率高等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，微納米加工技術(shù)也從最初的集成電路、微型器械領(lǐng)域，延伸到了生物芯片、精密儀器、存儲(chǔ)設(shè)備和柔性顯示器等領(lǐng)域。隨著其應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，市場(chǎng)需求也隨之增加，而傳統(tǒng)的微納加工技術(shù)在生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本和加工精度方面的限制，已無(wú)法滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。微納米滾壓成型技術(shù)以其獨(dú)具的優(yōu)勢(shì)成了當(dāng)下微細(xì)加工領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。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(xué)響應(yīng)為復(fù)雜的粘彈性，其成型機(jī)理也相對(duì)復(fù)雜。因此有必要對(duì)玻璃化溫度附近，非晶體聚合物的充模機(jī)理以及脫模后的回彈變形進(jìn)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(rùn)滑近似理論和邊界無(wú)滑移條件，建立了不可壓縮流體的二維流動(dòng)粘性模型。此外，由于加工尺寸小至微納米量級(jí)，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(xì)管力對(duì)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_(kāi)發(fā)了 matlab軟件，可得到流體充模高度隨時(shí)間、壓力和溫度的變化曲線。結(jié)果顯示，毛細(xì)管力對(duì)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(xué)狀態(tài)常呈粘彈性。本文根據(jù)蠕變和應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)分析了聚合物的

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