微热压成型过程聚合物流动特性研究

为了获得更好的压印效果,研究了聚合物在热压过程中的流动行为.采用有限元方法模拟了模具的占空比、聚合物的厚度、压印温度对压印力、压印时间及聚合物流场的影响.结果表明,随着模具占空比的减小,聚合物截面流型从单峰过渡到双峰,从陡峭过渡到平坦;随着聚合物厚度变薄,由于边界效应造成流动困难,需要施加的压印力迅速增加,并且压印力过小或压印时间不够将造成压印忠实度较低;对于非等温热压过程,当聚合物厚度较大时,由于模具压入区附近温度梯度较大,聚合物黏度降低,存在聚合物沿模具侧面爬升的现象.模拟结果与实验结果吻合.

三维瞬态激光烧蚀聚合物微流道动态界面研究

为了预测热加工过程中的流道轮廓和烧蚀面温度场,基于CO2激光直写聚合物微流体芯片加工原理以及传热学原理和能量平衡原理,建立了三维瞬态激光烧蚀模型.通过有限元方法和伽辽金变换得到有限元矩阵方程,利用单元生死技术和高精度数值算法模拟了烧蚀过程的材料损失,并给出了三维瞬态动态烧蚀界面和温度场随时间和空间的变化关系.以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为例,给出了在不同时刻的数值算例,实验得到的流道深度与模拟结果吻合.仿真结果表明采用该方法预测流道轮廓和温度场是可行的.

激光加工聚合物微流控芯片暂态烧蚀模型研究

为了预测激光直写加工聚合物微流控芯片三维微流道外形,提出了三维烧蚀加工的解析模型.在CO2激光加工聚合物原理基础上,根据传热学原理和烧蚀面能量守恒原理,建立了激光加工三维暂态烧蚀模型.根据在微元控制面上热传导只发生在表面法向,并且激光加工在瞬时达到准稳态,将三维暂态偏微分方程转化为一维常微分方程.基于烧蚀面上的温度始终保持为降解温度,求出关于激光功率、扫描速度和材料热物理系数的微流道外形函数解,并用聚甲基丙烯酸甲酯进行了实验验证.实验结果表明,由解析模型得到的理论值与实验数据吻合很好,该模型的理论推导是符合实际加工实践的.

CO2激光直写加工聚合物微流体芯片的建模研究

在CO2激光直写聚合物(PMMA)微流体芯片加工原理基础上,对激光直写PMMA微流道的数学模型进行了研究.采用能量守恒原理对激光直写PMMA微流道成型进行分析,结果表明,其微流道的形状呈高斯函数型分布,并获得了微流道深度和激光功率、加工速度的函数关系及微流道截面形状的数学模型.实验数据较好地验证了所建模型的正确性,该模型对CO2激光直写聚合物(PMMA)微流体芯片的加工工艺具有很好的指导作用.

基于激光加工的聚合物微通道的流动特性研究

对高斯形截面的微通道中的流场进行了数值分析.结果表明,在压力驱动下,对于深宽比＜3的通道,存在2个流速极值,此时通道的顶部对流体的输送也具有较大的贡献.对于深宽比＞3的通道却只存在一个极值,此时顶部对流体输送几乎不起作用.研究结果对微通道中流体的流动特性研究具有指导意义.

微压印聚合物微流控芯片的传热分析研究

微压印是制造聚合物微流控芯片的主要技术之一,其加工过程中的工艺参数对聚合物微流控芯片成型质量具有重要影响。在聚合物微流控芯片压印成型机理研究基础上,对其压印过程中的热传导进行分析,建立了多层材料一维热传导的模型,并用有限元法进行温度响应求解,进而可获得压印加热时间等工艺参数。

激光加工聚合物微流道暂态弹性热应力分析

激光直写聚合物微流道是非常有效的加工方法,但是,由于激光烧蚀聚合物的热流密度很高,在小的热影响区产生过大的集中热应力,热应力导致产生微裂纹,降低材料的强度和疲劳寿命,严重的引起材料破坏性失效.为了预测激光烧蚀时的热应力大小随时间空间的变化规律,根据烧蚀模型推出了三维弹性热应力模型.首先由烧蚀模型预测温度场分布和烧蚀流道外形,根据流道轮廓和温度场计算弹性热应力场与烧蚀过程的关系.分析结果表明弹性热应力位于低于或平行于烧蚀表面的一定厚度层内,这也许是引起表面微裂纹的原因.