橡膠輔助熱壓成型柔性微流控器件技術研究.pdf

1、隨著生命科學、分析科學等相關學科的發(fā)展，對微流控器件的需求越來越高，如何快速、高質量地制造一次性微流控器件，成為學術界研究的熱點問題之一。柔性技術以其獨特的優(yōu)勢在很多領域得到了廣泛地應用，基于柔性技術發(fā)展起來的柔性微流控器件具有力學性能好，熱阻抗低，熱效率高，成本低等優(yōu)點。然而，目前國內外學者的研究大多數都是基于硬質微流控器件展開的，對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，提出了一種橡膠輔助熱壓柔性微流控器件

2、的方法。在此基礎上，本文對橡膠輔助熱壓仿真、熱壓模具設計與制造、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行了全面的探索和研究。具體研究內容如下:
　　首先，利用有限元的方法對橡膠輔助熱壓過程進行了仿真分析。采用二參數的Mooney-Rivlin方程作為橡膠和110℃時PS薄膜的本構模型，選用線彈性模型作為90℃和100℃時PS薄膜的仿真模型。然后分別分析了溫度、壓力和橡膠硬度對于微溝道質量的影響。結果表明: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，設計并制造了一套熱壓模具，熱壓模具由上模和下模組成，下模上設計了盲孔，這樣不僅可以防止橡膠的側方向移動，還可以保證上模只沿著垂直方向運動。根據微溝道的

4、形狀特點，上模上的微溝道采用電火花線切割加工而成。
　　再次，通過單因素實驗研究了溫度、壓力和橡膠硬度對于微溝道質量的影響，并且對實驗結果和仿真結果進行了對比分析。結果表明:隨著工藝參數的變化，實驗結果與仿真結果表現出了一致的變化趨勢，進而證明了仿真模型的正確性。在此基礎上，得出了最佳的工藝參數，即溫度為90℃，壓力為20kN，橡膠硬度為30A，此時微溝道深度為99.5μm，寬度為199.4μm，厚度均值為23.98μm，方差為0