微流控芯片技術是一種以亞毫米尺度的流體工程操作為特征的技術,在提高醫(yī)療診斷效率和生物學研究方面顯示出相當大的前景。玻璃芯片的傳統(tǒng)的加工方法如干法刻蝕、濕法刻蝕等所需的加工步驟多,成本高,難以實現高精度制備,限制了其大批量生產的可能性。模壓成形技術工藝過程簡單,能夠模壓具有微小結構的復雜表面,可實現高效復制以及批量化生產,這為玻璃微細流路成形提供了新的工藝方法。針對微結構模具加工困難、玻璃成形精度及質量難以準確控制等問題,本文研究了玻璃微流控芯片中典型微細流路的成形工藝。在MSC.Marc非線性有限元軟件平臺上基于廣義麥克斯韋模型建立了仿真模型,對鈉鈣玻璃成形過程進行了模擬,研究了模壓溫度和模壓速度對成形溝槽深度和充型率的影響,最后通過實驗結果驗證了所建立的仿真模型的有效性。主要內容如下:（1）實驗研究了碳化鎢模具的飛秒激光加工工藝,采用田口正交試驗法研究了掃描功率、掃描速度、重復掃描層數對加工表面粗糙度及加工深度的影響情況,優(yōu)化了工藝參數。結果表明隨著激光功率的增大、掃描速度減小和掃描層數增加,加工深度顯著增加。激光功率、掃描速度、掃描層數對表面粗糙度值造成的影響較小。（2）結合非線性... 

【文章來源】：湖南大學湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
物理符號含義對照表
第1章 緒論
    1.1 課題來源
    1.2 課題研究背景及意義
    1.3 國內外研究現狀
        1.3.1 微結構模具加工現狀
        1.3.2 微結構模壓成形現狀
    1.4 研究目的與內容
    1.5 本章小結
第2章 鈉鈣玻璃材料性質及模壓成形理論
    2.1 模壓用玻璃材料
    2.2 鈉鈣玻璃材料性質
        2.2.1 鈉鈣玻璃的粘度
        2.2.2 鈉鈣玻璃的比熱容
        2.2.3 鈉鈣玻璃的彈性模量
        2.2.4 鈉鈣玻璃的熱膨脹系數
    2.3 鈉鈣玻璃的粘彈性性質
        2.3.1 結構松弛分析
        2.3.2 應力松弛現象
        2.3.3 粘彈性力學模型
    2.4 本章小結
第3章 微細流路模具飛秒激光加工
    3.1 模具材料選擇及設計
    3.2 模具加工方法與實驗準備
        3.2.1 飛秒激光加工
        3.2.2 田口正交實驗設計
    3.3 飛秒激光加工參數對表面粗糙度的影響
    3.4 飛秒激光加工參數對加工深度的影響
    3.5 模具加工參數綜合優(yōu)化
    3.6 本章小結
第4章 微細流路三維模壓仿真分析
    4.1 模壓仿真參數設定
    4.2 壓型階段成形參數對最大殘余應力的影響
        4.2.1 模壓溫度對最大殘余應力的影響
        4.2.2 模壓速率對最大殘余應力的影響
    4.3 壓型階段成形參數對成形溝槽深度的影響
        4.3.1 模壓溫度對成形溝槽深度的影響
        4.3.2 模壓速率對成形溝槽深度的影響
    4.4 本章小結
第5章 玻璃微細流路模壓成形實驗
    5.1 模壓實驗設備簡介
    5.2 微細流路模壓成形實驗
        5.2.1 模壓實驗前期準備
        5.2.2 模壓實驗流程介紹
    5.3 微細流路模壓成形實驗結果分析
        5.3.1 模壓溫度對微細流路成形性能的影響
        5.3.2 模壓壓力對微細流路成形性能的影響
        5.3.3 仿真分析和實驗結果對比
    5.4 本章小結
總結與展望
參考文獻
附錄 A 攻讀學位期間參與的研究課題
附錄 B 攻讀學位期間所發(fā)表的學術論文目錄
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
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[3]基于有限元仿真的硫系玻璃模壓工藝參數優(yōu)化[J]. 劉學儒,薛常喜.  激光與光電子學進展. 2018(08)
[4]基于玻璃基材的微流控芯片制造工藝[J]. 周兵高,郭鐘寧,于兆勤,張文斌.  機電工程技術. 2017(02)
[5]微槽結構光學玻璃元件模壓成形數值仿真分析[J]. 余劍武,李嬋,謝望清,尹韶輝,易成.  兵器材料科學與工程. 2017(01)
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[7]硫系玻璃的粘彈性及模壓工藝的仿真[J]. 劉衛(wèi)國,沈萍.  紅外與激光工程. 2012(03)
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碩士論文
[1]超聲振動輔助微光學玻璃元件模壓仿真和實驗研究[D]. 李嬋.湖南大學 2018
[2]激光輔助水射流加工4H-SiC材料的工藝與去除機理研究[D]. 惠慶志.山東大學 2018
[3]飛秒激光加工玻璃材料微結構技術研究[D]. 王敏.深圳大學 2016
[4]BK7玻璃旋轉超聲加工表面/亞表面損傷特征分析與評價[D]. 劉俊良.哈爾濱工業(yè)大學 2016
[5]透鏡陣列熱壓加壓階段型腔填充機理和殘余應力的研究[D]. 盧景紅.復旦大學 2014
[6]微細流路溝槽的激光銑削試驗研究[D]. 胡亞峰.大連理工大學 2008



本文編號：3167677