基於柔性聚合物薄膜的微結構/器件超聲壓焊技術研究

《基於柔性聚合物薄膜的微結構/器件超聲壓焊技術研究》是依託天津大學，由楊成娟擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於柔性聚合物薄膜的微結構/器件超聲壓焊技術研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：楊成娟
• 依託單位：天津大學

項目摘要

聚合物材料以其優良的機械物理性能、低廉的材料成本、簡易的加工成型方法和良好的生物化學兼容性為MEMS器件的加工製造提供了新途徑，然而，當前尚無高效可靠的聚合物MEMS器件加工製造方法。本項目瞄準聚合物微結構/器件製造領域中的國際前沿課題，研究面向聚合物微結構/器件加工技術中的超聲微熱壓焊技術的成型機理、微結構質量缺陷、工藝參數最佳化等關鍵科學問題。研究基於柔性聚合物薄膜的微結構/器件超聲微壓印與焊接成型方法。利用超聲壓印與焊接方法，開展具有電氣功能和機械功能的模塑互連器件製造方法研究，實現微流晶片上微流道的壓印和微流晶片的鍵合封裝。集成模塑互連器件技術與聚合物微流晶片技術，開發具有電極檢測功能的電泳晶片。該項研究不僅對提高我國新型聚合物微納結構/器件製造技術水平具有重要的理論價值和工程實踐意義，而且還具有廣闊的套用前景。

結題摘要

為了滿足新型微結構/器件快速發展的技術要求，高效低成本的聚合物微結構/器件新型加工技術已經成為當今世界範圍內微器件製造領域中亟待解決的關鍵科學問題。針對聚合物微結構/器件加工技術中的超聲微熱壓焊技術的成型機理、微結構質量缺陷、工藝參數最佳化等關鍵科學問題開展了研究工作。建立了熱塑性聚合物在循環振動載荷作用下的熱能產生機理模型，揭示了超聲振動作用下的熱塑性聚合物的熱力學狀態變化過程、流動機理和微結構缺陷的形成原因。論證了模具結構及尺寸是影響微結構成型質量的重要因素。研究了超聲振幅、超聲時間、壓力、保壓時間等工藝參數對微結構填充率及灼燒現象的影響規律。設計加工了帶有導能結構的微流道壓印模具，並套用超聲微焊接壓印工藝完成了微流道的壓印與鍵合，得到了高填充率、無灼燒現象的微流控晶片基片結構。實驗研究了超聲壓力、超聲振幅與超聲時間對微流道截面變形及鍵合強度的影響。採用雷射加工技術製備具有所需微結構的超聲微焊接壓印用金屬模具，研究雷射加工參數對不同模具材料表面形貌的影響。將雷射微納加工方法與超聲微焊接壓印工藝相結合，提出一種高效低成本的聚合物疏水表面製備方法，探索超聲微焊接壓印加工對聚合物表面潤濕性的影響規律及內在機理。開發出一種新型嵌入式密封微流控晶片的結構設計與加工方法，驗證了其具備的微模塑功能，擴展了超聲微焊接壓印工藝的套用範圍。項目相關研究成果發表在Applied Surface Science，The International Journal of Advanced Manufacturing Technology等國內外高水平學術刊物上，其中SCI檢索期刊論文5篇，EI檢索論文6篇，申報發明專利6項，培養研究生2名，積極開展國內外學術交流和合作。研究成果對於揭示超聲微焊接壓印工藝的微結構成型機理，豐富微器件的設計加工方法，促進聚合物微器件的產業化有重要意義。