注塑成型微流控芯片通道脱模的变形机理
2021-05-17
中南大学学报(自然科学版) 2021年4期
(中南大学机电工程学院,高性能复杂制造国家重点实验室,湖南长沙,410083)
微流控芯片在生命科学、化学分析和医疗检测等研究领域中得到了越来越广泛的应用[1]。微注射成型技术是目前微流控芯片制造的主要方法之一。微流控芯片微通道的作用主要是进样和分离样品,微通道的成型质量将直接影响芯片的功能和特性。注射成型过程主要包括充填、保压、冷却和脱模4个阶段,其中,脱模阶段对于微结构零件的成型和高精度复制至关重要。闵丽萍等[2]发现微通道的复制度受模具温度和熔体温度影响显著。聚合物微结构在脱模阶段主要受到金属模芯壁面的摩擦力[3]、黏附力[4]和由热收缩系数差异所引起的热收缩力[5]作用,导致微结构易出现断裂、拉伸、表面毛刺等缺陷[6-7]。当零件的特征结构尺度缩小至纳米量级时,表面效应和界面效应将产生重要影响,分子间力或表面力的作用十分重要[8]。经过数十年的发展,分子动力学(MD)模拟方法在纳米压印成型(NIL)[9]、界面机理[10]、复合材料[11]等研究领域得到了广泛应用。TAKAI 等[12]建立了纳米压印(NIL)脱模过程的MD 模型,并分析了MD理论和连续介质力学理论这2种模拟方法之间的差异。YANG等[13]通过MD模拟研究了模芯与基底材料对纳米压印工艺中界面黏附特性的影响。KANG等[14]使用MD模拟对比分析了NIL脱模过程中不同深宽比纳米结构受到的黏附力和摩擦力。对于微注射成型技术,ZHOU等[15]利用MD方法研究了聚合物在纳米腔中的充填机理;……
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