玻璃微流道熱成型制備及其應(yīng)用研究.pdf

1、微流控系統(tǒng)是采用微納尺度通道來處理和操控微小體積流體的科學(xué)和技術(shù),是目前的研究熱點(diǎn)之一。當(dāng)前微流控器件的主要基材是塑料,其化學(xué)穩(wěn)定性等問題已引起了人們的重視。與塑料相比,玻璃化學(xué)穩(wěn)定性好,因而大量使用在傳統(tǒng)化學(xué)、生物領(lǐng)域。但從上世紀(jì)90年代初微流控系統(tǒng)誕生以來,玻璃一直未獲大規(guī)模應(yīng)用,主要問題在于缺乏低成本的玻璃微加工技術(shù)。本文提出一種新的低成本玻璃微流道的加工方法,并探索了其在光催化微反應(yīng)器方面的應(yīng)用。
　　 首先,基于MEM

2、S技術(shù)、玻璃熱成型技術(shù)和多孔材料發(fā)泡技術(shù),確立了玻璃微流道熱成型的技術(shù)方案:正壓熱成型法和負(fù)壓熱成型法。正壓熱成型方法主要采用熱釋氣劑在高溫下分解產(chǎn)生的氣體作為玻璃熱成型的驅(qū)動力,在玻璃熔融狀態(tài)下產(chǎn)生熱形變形成玻璃微流道和微腔系統(tǒng)；負(fù)壓熱成型方法利用硅-玻璃真空陽極鍵合形成的負(fù)壓作為熱成型的驅(qū)動力。本文還重點(diǎn)研究了正壓熱成型的理論模型,分析了兩種熱釋氣劑:氫化鈦和碳酸鈣的分解動力學(xué)模型,建立了玻璃微流道尺寸與高溫釋氣劑用量之間的理論關(guān)系

3、。
　　 接著,本文運(yùn)用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)地研究了玻璃微流道熱成型的方法。采用熱成型實(shí)驗(yàn),研究了熱釋氣劑質(zhì)量、熱成型溫度、熱成型時間對于玻璃微流道形狀和尺寸的影響；討論了附加壓力和重力等因素對于玻璃微流道成型過程的影響；運(yùn)用原子力顯微鏡(AFM)測試了熱成型玻璃微流道內(nèi)、外表面粗糙度；運(yùn)用掃描電鏡(SEM)和能譜分析(EDX)對玻璃微流道表面進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:熱成型方法可用于制備尺寸可控的三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)的玻璃微流道,計(jì)算模型與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符