導電聚合物微構件的熱壓成型工藝及加工機理研究

《導電聚合物微構件的熱壓成型工藝及加工機理研究》是依託浙江大學，由賀永擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：導電聚合物微構件的熱壓成型工藝及加工機理研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：賀永
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

針對導電聚合物材料的難溶、難熔特性導致其微構件加工困難的問題，提出使用熱壓成型方法進行導電聚合物材料微構件的加工。研究內容包括：引入交變場負載（交變溫度場、超聲振動場）改善導電聚合物分子鏈間的強剛性，探索適合於導電聚合物微構件的熱壓成型工藝及加工機理；建立導電聚合物熱壓成型過程模型，研究熱壓成型過程中導電聚合物在交變溫度場及超聲振動作用下的流動特性；引入耗散粒子動力學模擬方法從介觀尺度研究導電聚合物熱壓成型過程機理；開發適合於導電聚合物微構件加工的熱壓成型裝備，並將其套用於聚合物太陽能電池抗反射層微結構的加工。.本項目的研究成果可以直接用於聚合物太陽能電池抗反射層及聚合物發光二極體上增透膜的加工，同時對導電聚合物熱壓成型過程的工藝及加工機理的研究將為導電聚合物在微納構件中的廣泛套用起到推動作用。

結題摘要

本項目對導電聚合物微熱壓成型過程機理及成型工藝進行深入的探索，研究進展概述如下： 在導電聚合物微熱壓成型機理研究方面：建立了基於流變理論的導電聚合物熱壓成型過程模型，通過水平及垂直方向兩組流動的耦合，獲得了熱壓成型過程中任意時刻導電聚合物微結構的高度。基於聚合物流變的網路理論及聚合物分子運動理論，解釋了聚合物微熱壓成型過程中，不同模穴尺寸對聚合物成型後分子構象所具有的尺度效應，從微觀角度解釋聚合物熱壓過程的流變行為及聚合物分子運動機理。 在導電聚合物微熱壓成型工藝方面：1、基於粘塑性模型模擬了聚合物微熱壓成型過程，揭示了模具拓撲結構和流動形貌間的內在關聯及熱壓過程流動特性不同的原因；提出了模具拓撲結構最佳化策略，改進了填充效果。2、以PMMA為襯底，製備了厚度為5μm-100μm的PEDOT:PSS導電聚合物膜。採用光柵型模具熱壓出了導電型全聚合物微光柵結構。實驗結果顯示熱壓成型過程會導致導電聚合物的電阻值有所增加，通過一系列的熱壓工藝實驗，獲得了熱壓後電阻變化規律。3、提出了基於分離式雙模具熱壓加工聚合物微納複合結構的方法，利用微米結構模具(剛性模具)、納米結構模具(柔性納米膜)和聚合物基片疊合，採用熱壓成型方法對聚合物基片進行加工複製微納複合結構，採用化學脫模方法，得到聚合物微納複合結構的成品，該方法降低模具的加工難度，納米結構可調控性好，同時減少了脫模過程對微納結構所造成的損傷。在熱壓裝備設計方面，針對現有微熱壓裝備中存在的問題，設計了可施加超聲交變場的聚合物微熱壓成型裝備，獲國家發明專利。使用了超音波振動和夾持罩，與傳統的壓印相比較，聚合物的流動特性得到改善，冷卻收縮熱應力可大幅降低，使得聚合物的壓印質量得到提高。另外，由於超音波的加入，整個壓印過程可以直接在空氣中進行，不必進行抽真空處理，簡化了機械結構，省去了抽真空的過程，提高了壓印成型的效率。