柔性电子确定性微转印机理与关键技术研究

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随着柔性电子行业的快速发展,其相关制造技术也得到了广泛关注。确定性微转印是柔性电子制造的关键环节,因此开展确定性微转印技术研究对促进柔性电子行业的发展具有重要的理论和应用价值。本研究以提高微转印操作效率和成功率为目的,针对确定性微转印机理与关键技术进行了系统研究,取得如下成果:为提高微转印效率,研究了微转印中工艺参数对微转印印章性能的影响。将微转印过程等效成“三明治”模型的界面竞争分层过程,综合考虑预压力、剥离速度和印章粘弹性特性的影响,建立了全面反映微转印过程的印章粘附力模型。通过实验研究了预压力和剥离速度对印章粘附力的影响规律,并验证了理论模型的正确性。研究结果为印章优化设计与微转印操作提供了理论基础。基于仿生理论,设计了一种具有微腔体和微通道的新型微转印印章。建立了微腔体内气体压强的理论模型,研究了拉伸距离和拉伸速度对印章吸附力的影响规律。印章性能测试结果表明,可通过拉伸距离和拉伸速度实现对印章吸附力的控制。该研究有效解决了微结构印章粘附力控制繁琐的问题,为提高微转印的成功率提供了基础。为提高微转印定位系统的摆动角度调节能力,设计了一种新型一体式高精度微摆动平台。该平台由两个压电陶瓷作动器驱动,通过三个柔性虎克铰链实现摆动解耦。基于柔度矩阵法和灵敏度分析,研究了微摆动平台关键尺寸参数对平台运动传递比和输入刚度的影响,并确定了平台的尺寸参数。平台性能测试结果表明,该微摆动平台具有良好的动静态特性以及两自由度摆动解耦能力。研究结果完善了高精度微转印定位系统,为微转印操作提供了硬件保障。为解决上述摆动平台在高频驱动下存在迟滞误差的问题,提出了一种考虑系统动态特性的新型P-I逆迟滞模型。该迟滞模型由传统P-I逆迟滞模型和逆动力学模型并联组成。基于无梯度优化法辨识了新型P-I逆迟滞模型的参数,与传统的P-I逆迟滞模型相比,该迟滞模型具有更高建模精度。基于反馈控制器和具有迟滞补偿的前馈/反馈混合控制器,完成了微摆动平台高精度摆角控制与高频轨迹跟踪,实现了微摆动平台高频迟滞误差的补偿。研究了确定性微转印系统的结构形式,并搭建了微转印系统。通过控制带微腔体印章的压缩距离和提取速度,实现了不同尺寸、形状和材料微/纳器件的微转印操作。基于微转印和微折纸技术,设计并研制了一种具有立体结构的新型柔性力传感器,为柔性可穿戴电子设备研究提供了硬件基础。
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