聚合物微納結(jié)構(gòu)熱壓印及操作機械手改進研究.pdf

1、聚合物熱壓印法可以大批量重復地在大面積上制備微納米圖形結(jié)構(gòu)，是一種低制作成本和高生產(chǎn)效率的方法，可廣泛用于制作納米圖案和MEMS器件。本文的主要研究內(nèi)容如下： 在理解熱壓印原理基礎上進行了納米柵型結(jié)構(gòu)器件和微結(jié)構(gòu)光柵的制作實驗。采用一種新的熱壓印工藝方法在硅基片PMMA薄膜上成功制作了具有最大線寬980nm，最小線寬71nm多種線寬尺寸的納米柵型結(jié)構(gòu)；分析了熱壓印溫度和脫模溫度對納米柵型結(jié)構(gòu)圖形復制質(zhì)量的影響。實驗結(jié)果表明：在熱

2、壓印溫度110℃～120℃，脫模溫度60℃～70℃條件下可以獲得較好的圖形復制質(zhì)量，高溫脫模有利于減少模板微溝槽內(nèi)的PMMA殘留物。最后，在對納米熱壓印工藝改進的基礎上，制作了微結(jié)構(gòu)光柵器件。 操作機械手是實現(xiàn)高性能微流控芯片生產(chǎn)自動化、批量化的重要組成部分。在現(xiàn)有位置控制系統(tǒng)的基礎上，采用基于力外環(huán)的機器人力控制方案，建立了一種“力外環(huán)包容位置環(huán)”的力反饋控制系統(tǒng)。設計了用于實現(xiàn)芯片搬運的末端執(zhí)行器，通過分析簡化力學模型討論了

3、摩擦力對測力過程的影響；然后對力反饋控制系統(tǒng)進行了建模分析，設計了一個系統(tǒng)辨別器來實現(xiàn)力/位置控制模式的切換。實驗表明，此操作機械手力控制系統(tǒng)的控制精度符合設計要求，具有良好適應性。 從操作機械手與外界環(huán)境碰撞保護的角度進行了安全性設計研究。設計了一種能夠感知碰撞發(fā)生信號，基于繼電器和電磁制動器實現(xiàn)機器人保護的碰撞保護裝置，計算分析了本裝置對芯片操作機械手定位精度的影響。實驗表明，此裝置能夠精密控制前沖慣性位移小于1mm，適應性