基于石墨烯層的微熱壓模具快速熱循環(huán)技術(shù)研究.pdf

1、近年來(lái)，電子、光學(xué)、醫(yī)療、生物等領(lǐng)域?qū)ξ⒅破泛臀⒘慵男枨蟠蠓黾?，微結(jié)構(gòu)加工技術(shù)得以快速發(fā)展，以滿足產(chǎn)品微型化要求。微熱壓法在微結(jié)構(gòu)加工領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。目前，微熱壓大規(guī)模生產(chǎn)的主要制約因素在于熱壓循環(huán)時(shí)間，通常為10分鐘或者更長(zhǎng)，因此迫切需要對(duì)模具變溫技術(shù)深入研究，以實(shí)現(xiàn)模具快速加熱冷卻，進(jìn)而有效縮短循環(huán)時(shí)間。
　　在本研究中，利用新型材料石墨烯層極高的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性及表面粗糙度低等特性，設(shè)計(jì)改進(jìn)傳統(tǒng)微熱壓方式，在含有微結(jié)構(gòu)

2、的模具表面鍍石墨烯層，研究其溫升效果，實(shí)現(xiàn)微熱壓快速加熱和冷卻。本研究針對(duì)微熱壓快速熱循環(huán)的主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1、選擇硅材料作為模具基底，設(shè)計(jì)面密度大的密集型微流道結(jié)構(gòu)。在硅模具上表面采用化學(xué)氣相沉積(CVD)的方法鍍石墨烯層。之后對(duì)加工成的石墨烯層做光鏡測(cè)試、拉曼光譜測(cè)試，觀察加工質(zhì)量。對(duì)硅模具上石墨烯層溫度特性分別進(jìn)行模擬研究。模擬表明石墨烯層升降溫速度與電壓及鍍層厚度有關(guān)，電壓越高、鍍層越厚，升溫速率越快。
　　

3、2、搭建微熱壓模具熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置，包括大功率直流電源、溫度采集裝置、硅材料模具、熱電偶，進(jìn)行溫度均勻性及升降溫特性研究。使用便攜式紅外熱像儀EA20IR測(cè)量硅模具表面溫度分布均勻程度。之后分別對(duì)無(wú)石墨烯層及有石墨烯層的硅模具進(jìn)行加熱實(shí)驗(yàn)，對(duì)比石墨烯層對(duì)加熱結(jié)果的影響。
　　3、分析聚合物材料流變機(jī)理，材料性質(zhì)與溫度、時(shí)間的關(guān)系;選擇合適的聚合物數(shù)值模擬模型，使用DEFORM2D進(jìn)行聚合物流動(dòng)模擬，采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化模擬計(jì)算，分析占空

4、比、下壓量、應(yīng)力、應(yīng)變、流動(dòng)速度、聚合物片厚度等隨微熱壓成型影響變化。
　　4、搭建快速熱循環(huán)微熱壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)，設(shè)計(jì)四因素三水平正交實(shí)驗(yàn)，熱壓溫度設(shè)為110℃、120℃、130℃，電壓水平設(shè)為40V、50V、60V，熱壓機(jī)電機(jī)輸出設(shè)為5％、10％、15％，尺寸（間距/寬度）設(shè)為80μm、110μm、140μm。研究分析各影響因素對(duì)微熱壓成型效果的影響。
　　本研究設(shè)計(jì)改進(jìn)傳統(tǒng)微熱壓方式，實(shí)現(xiàn)微熱壓快速加熱和冷卻。這種新型微結(jié)構(gòu)加