能夠?qū)Y(jié)構(gòu)形狀進行編程調(diào)控的4D打印技術(shù)自2013年提出以來,已經(jīng)在微機械、生物醫(yī)學等各領(lǐng)域產(chǎn)生了廣泛應(yīng)用。水凝膠具有極強的變形能力和極好的生物兼容性,是一種優(yōu)良的4D打印材料。但當前基于水凝膠材料的4D打印結(jié)構(gòu)尺度較大,都在毫米量級以上,且響應(yīng)速度在數(shù)秒以上。因此,水凝膠4D打印技術(shù)在空間尺度和時間尺度都有進一步提升的空間。飛秒激光雙光子聚合直寫技術(shù),具有強大的加工能力,加工精度高,可以實現(xiàn)微納米尺度的三維加工。本文提出了一種pH調(diào)諧的環(huán)境響應(yīng)水凝膠飛秒激光4D仿生打印技術(shù),實現(xiàn)了微米尺度可快速響應(yīng)的4D打印。通過該技術(shù),實現(xiàn)了樹葉狀微結(jié)構(gòu)的多自由度復雜變形,并最終將該技術(shù)應(yīng)用于微粒子捕獲和磁控轉(zhuǎn)運等方面。此外,在飛秒激光加工系統(tǒng)的效率提升方面,還介紹了一部分通過空間光調(diào)制渦旋光疊加快速加工偶數(shù)瓣分叉微斜柱的高效率加工方法,極大提升了飛秒激光直寫加工微結(jié)構(gòu)的效率。本文采用飛秒激光雙光子聚合直寫技術(shù)對pH調(diào)諧水凝膠進行加工,通過對加工參數(shù)的調(diào)控,可以實現(xiàn)對微米尺度葉片結(jié)構(gòu)的變形調(diào)控,得到了包括膨脹收縮、扭轉(zhuǎn)、扭曲和皺縮等多種運動自由度的變形效果,且響應(yīng)時間不超過0.5 s。前報道的水凝... 

【文章頁數(shù)】：93 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 飛秒激光雙光子3D微納加工技術(shù)
        1.1.1 飛秒激光簡介
        1.1.2 飛秒激光與物質(zhì)的相互作用機理
        1.1.3 雙光子聚合簡介
        1.1.4 基于雙光子聚合的3D微納加工技術(shù)
        1.1.5 雙光子3D微納加工技術(shù)的應(yīng)用
    1.2 仿生4D打印技術(shù)
        1.2.1 仿生4D打印技術(shù)簡介
        1.2.2 仿生4D打印技術(shù)的分類
        1.2.3 仿生4D打印技術(shù)的應(yīng)用
    1.3 研究內(nèi)容與意義
第2章 飛秒激光雙光子聚合4D打印系統(tǒng)
    2.1 基于掃描振鏡的飛秒激光直寫加工系統(tǒng)
        2.1.1 加工光路系統(tǒng)
        2.1.2 加工控制軟件
        2.1.3 加工系統(tǒng)應(yīng)用實例
    2.2 基于三維壓電臺的飛秒激光直寫系統(tǒng)
        2.2.1 加工光路系統(tǒng)
        2.2.2 加工控制軟件
        2.2.3 加工系統(tǒng)應(yīng)用實例
    2.3 基于空間光調(diào)制器的雙光子聚合飛秒激光高效加工系統(tǒng)
        2.3.1 加工光路系統(tǒng)
        2.3.2 利用渦旋光疊加光場加工微斜柱
        2.3.3 分叉微斜柱的自組裝
        2.3.4 分叉微斜柱的應(yīng)用
    2.4 本章小結(jié)
第3章 pH調(diào)諧環(huán)境響應(yīng)水凝膠
    3.1 pH調(diào)諧水凝膠
        3.1.1 水凝膠簡介
        3.1.2 水凝膠配制
        3.1.3 pH調(diào)控機理
    3.2 實驗流程
        3.2.1 實際加工工藝流程
        3.2.2 觀察測試
    3.3 水凝膠調(diào)諧性能測試
        3.3.1 響應(yīng)速度
        3.3.2 相對膨脹率
        3.3.3 掃描點間距
        3.3.4 激光能量
        3.3.5 單點掃描次數(shù)
        3.3.6 pH值
    3.4 本章小結(jié)
第4章 微葉片結(jié)構(gòu)的仿生4D打印
    4.1 微葉片快速可逆的膨脹與收縮
        4.1.1 微葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計
        4.1.2 膨脹仿真
        4.1.3 微葉片快速可逆的膨脹收縮變形
    4.2 微葉片扭轉(zhuǎn)變形的調(diào)控
        4.2.1 微葉片的手性扭轉(zhuǎn)
        4.2.2 可變區(qū)域多次掃描策略
        4.2.3 微葉片的扭轉(zhuǎn)角調(diào)控
        4.2.4 微葉片的復合變形展示
        4.2.5 雙向交叉掃描策略
    4.3 微葉片的復雜變形
        4.3.1 不均勻性缺陷設(shè)計
        4.3.2 分析與討論
    4.4 本章小結(jié)
第5章 pH調(diào)諧水凝膠4D打印技術(shù)應(yīng)用
    5.1 微籠結(jié)構(gòu)的設(shè)計與加工
        5.1.1 微籠結(jié)構(gòu)的設(shè)計
        5.1.2 微籠結(jié)構(gòu)的加工
    5.2 微籠結(jié)構(gòu)用于微粒子捕獲
        5.2.1 微粒子捕獲
        5.2.2 微粒子釋放
        5.2.3 分析與討論
    5.3 微籠結(jié)構(gòu)的微粒子磁控轉(zhuǎn)運
        5.3.1 微粒子磁控轉(zhuǎn)運
        5.3.2 分析與討論
    5.4 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)和展望
    6.1 主要研究成果
    6.2 主要創(chuàng)新點
    6.3 展望
參考文獻
致謝
在讀期間發(fā)表的學術(shù)論文與取得的其他研究成果



本文編號：3711601