电场诱导聚合物微结构流变成形实验装置开发和工艺研究

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电场诱导流变成形是一种非接触式的微纳结构图形转移技术,因其新颖性和前瞻性引起了广泛的关注。但目前国内外都还处于探索阶段,尚无较成熟的工艺与设备,所以研发一台能够精确控制电场诱导流变成形各影响因素的实验装置便迫在眉睫。本文作为国家“973”项目课题的重要部分,设计和搭建了一台专用于该流变成形技术的实验装置,并在该装置基础上系统地展开流变成形工艺参数的研究,并与工艺过程的仿真结果进行了比较。本论文通过分析和研究,建立了电场诱导流变成形的理论模型,并根据该模型分析得出了影响流变成形的几个关键因素(模版与基片之间的平行度、温度、距离、电压),从而提出了实验装置的功能需求。利用AutoCAD和Ansys完成了该实验装置中柔性轴承、加热模块、电机驱动等机械结构的设计和优化仿真,完成了装置主体结构的搭建;以Ti公司的电机控制专用数字信号处理器(TMS320F2812)为控制核心,利用Protel99SE软件设计出能够对装置所需温度、压力和电压等因素实现智能化控制的PCB印制电路板;以CCS3.3为平台,搭建了系统程序框架,按照模块化的程序设计理念,并利用PID控制算法,实现了对实验装置所需控制的温度、压力、电压等工艺参数的精确控制;以Visual Basic为开发平台,设计人机界面,利用串口通信(SCI)模块实现了上位机与处理器之间的通信,极大地增加实验装置的友好性和可操作性。利用COMSOL软件进行了有限元仿真,研究了若干主要工艺参数对非规则微结构流变成形的影响规律。以搭建的该实验系统为平台,针对一种在纳米压印领域常用的聚合物,按照单变量原则分别对各工艺参数设置对比性实验,通过对大量实验结果的分析和研究,总结出了优化的主要工艺参数,利用电场诱导流变成形技术在设定的评价标准下能够获得良好的复形结果,并检验了仿真分析的结果。
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