基于熔融沉积牺牲层工艺的微流道制造技术研究

摘要

本硕士论文结合中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2013QNA4007)对微流道的制造成型技术进行了深入的研究。针对现阶段微流道制造技术发展的现状和存在的问题，提出了基于熔融沉积牺牲层工艺制造微流道的方法，并设计了相关实验优选了熔融材料、优化了熔融沉积喷头结构，分析了熔融沉积工艺参数和成型质量的关系。最后，基于熔融沉积牺牲层工艺，制造了PDMS微流控芯片，通过仿真和实验展示了微流控芯片的应用。论文的章节安排如下:
　　第一章，介绍了论文的研究背景及意义，综述了国内外微流道制造技术和熔融沉积技术的研究现状。在此基础上，提出了论文的主要研究内容和构架。
　　第二章，介绍了新型微流道的加工工艺，阐述了微流道制造装置的组成。指出了熔融沉积部分由喷头结构、温控系统、气压系统和三维运动平台组成，同时指出在糖丝成型之后，微流道制造需要经过浇注、成型、脱模以及后处理等过程。
　　第三章，对熔融沉积材料进行了实验分析比较，通过对蔗糖、单晶冰糖、改性石蜡、麦芽糖醇的熔融实验，给出了最适熔融材料。通过数值模拟分析了外置式喷头和一体式喷头的优劣，给出了两者在沉积时熔融材料的速度场和压力场的分布。
　　第四章，通过实验研究了工艺参数对微流道制造成型的影响，分析了工艺参数对喷头的挤出速度、接收板上的沉积形状、复刻的微流道形状的影响，结合理论分析，研究了工艺参数气压、温度、进给速度以及微流道复刻对成型质量的影响。
　　第五章，基于熔融沉积牺牲层工艺，制造了PDMS微流控芯片。设计了二维和三维微流控芯片，通过数值模拟分析了二维微流控芯片流场的速度和压力分布，通过实验验证了基于该方法制造二维和三维微流控芯片的可行性。
　　第六章，总结全文，并对将来的研究工作做出了展望。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 论文的研究背景与意义

1．2 微流道制造技术的研究现状

1．2．1 微流道材料的研究现状

1．2．2 微流道制造技术的研究现状

1．2．3 三维微流道制造的研究现状

1．3 熔融沉积技术的国内外研究现状

1．3．1 熔融沉积技术的应用发展

1．3．2 熔融沉积技术的发展现状

1．4 论文主要研究内容与架构

1．4．1 论文的主要研究内容

1．4．2 论文架构

第二章 熔融沉积式微流道加工实验平台设计

2．1 新型微流道加工工艺

2．1．1 加工工艺原理

2．1．2 熔融沉积制造

2．1．3 微流道制造

2．2 熔融沉积装置设计

2．2．1 喷头结构

2．2．2 温控系统

2．2．3 气压系统

2．2．4 三维运动系统

2．3 微流道制造装置

2．3．1 浇注

2．3．2 成型

2．3．3 脱模

2．3．4 后处理

2．4 本章小结

第三章 熔融材料选择及熔融沉积喷头优化

3．1 熔融材料的选择

3．1．1 蔗糖加热实验

3．1．2 改性石蜡沉积实验

3．1．3 麦芽糖醇沉积实验

3．2 熔融沉积喷头的仿真模拟比较

3．2．1 理论简化模型

3．2．2 仿真建模

3．2．3 仿真结果

3．3 本章小结

第四章 微流道制造工艺研究

4．1 微流道形状的影响因素

4．1．1 挤出速度影响因素

4．1．2 沉积形状影响因素

4．1．3 固化形状影响因素

4．2 实验方案及结果分析

4．2．1 气压

4．2．2 温度

4．2．3 进给速度

4．2．4 微流道实验及结果

4．3 本章小结

第五章 微流控芯片实验

5．1 微流控芯片的制作

5．1．1 键合

5．1．2 进样与流体驱动

5．2 微流控芯片设计

5．2．1 二维微流控芯片设计

5．2．2 三维微流控芯片设计

5．3 二维微流控芯片的流场模拟

5．3．1 仿真建模

5．3．2 微混合器仿真结果

5．3．3 微分离器仿真结果

5．4 实验结果及分析

5．4．1 二维微流控芯片实验

5．4．2 三维微流控芯片实验

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 结论

6．2 展望

攻读硕士学位期间科研成果

参考文献