力学超材料双光子聚合加工收缩特性及补偿方法研究

发布时间：2023-03-11 18:56

　　力学超材料(Mechanical metamaterials)是通过人工结构形成的复合物,具有天然材料所不具备的异常性质,可以实现某些奇异功能或比同类功能器件在性能上更为优越的新功能器件。被广泛的应用于航空航天、生物支架、微电子、光学、声学、电磁学等领域。常用的力学超材料加工方法有双光子聚合技术、直接激光烧结技术、熔体静电纺丝技术、纳米压印技术等。其中,双光子聚合(Two-Photon Polymerization,TPP)加工因其具有能够加工任意高分辨率复杂三维微纳结构的能力,是加工力学超材料最有潜力的技术之一。然而在双光子聚合加工过程中涉及到光敏材料的交联固化,从而导致加工结构的收缩现象,致使三维微纳结构的精度降低甚至功能性丧失。但目前针对双光子聚合加工过程中结构收缩及补偿问题的研究还很少。因此,开展双光子聚合加工过程中收缩特性及补偿方法的研究具有重要的意义。本文围绕力学超材料双光子聚合加工及收缩特性的补偿开展了以下研究。(1)通过经典牛顿力学原理,基于Ormocer光刻胶单体合成的步骤,提出一种随机多分子建模的方法建立光刻胶的分子模型,使建立的模型更符合实际的光刻胶结构。通过分子...

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 双光子聚合加工的概述及引发光刻胶收缩的因素
        1.2.1 双光子聚合加工的概述
        1.2.2 引发光刻胶收缩的因素
    1.3 国内国外研究现状
        1.3.1 超材料的国内外现状
        1.3.2 光刻胶收缩性补偿国外研究现状
    1.4 本文的主要研究内容
第2章 收缩特性分子动力学分析
    2.1 分子动力学模拟的理论基础
        2.1.1 COMPASS力场
        2.1.2 光刻胶的合成及交联聚合的反应原理
    2.2 交联的分子动力学模拟与收缩特性的讨论
        2.2.1 Ormocer光刻胶模型的建立
        2.2.2 交联前的动力学模拟
        2.2.3 光刻胶的交联模拟
        2.2.4 聚合前后的结构收缩性对比分析
    2.3 交联后的产物对石英玻璃粘接的分子模拟
        2.3.1 基底模型的构建
        2.3.2 粘接模型的构建和动力学分析
        2.3.3 粘接模拟结果分析
    2.4 本章小结
第3章 力学超材料结构的设计及力学分析
    3.1 力学超材料简介
        3.1.1 力学超材料的分类
        3.1.2 力学超材料的应用
    3.2 力学超材料的结构设计
        3.2.1 设计原理
        3.2.2 结构设计
        3.2.3 相对密度
    3.3 设计结构的力学分析
        3.3.1 与八面体桁架晶格抗压性对比分析
        3.3.2 结构相对杨氏模量与相对密度的分析
        3.3.3 结构的屈曲分析
    3.4 本章小结
第4章 超材料制备及收缩性补偿
    4.1 实验研究
        4.1.1 双光子聚合反应原理
        4.1.2 双光子聚合加工实验设备简介
        4.1.3 双光子聚合加工实验材料和工艺流程
    4.2 加工参数对结构收缩性的分析
        4.2.1 双光子聚合加工参数的理论基础
        4.2.2 分辨率、激光功率、扫描速度分析
        4.2.3 加工参数的选择
    4.3 结构收缩固化过程中的应力分析
        4.3.1 数学模型的建立
        4.3.2 不同中烘温度下的固化收缩率
        4.3.3 交联固化过程中的应力变化
        4.3.4 收缩变形分析
    4.4 表面粘附力对结构收缩的影响
        4.4.1 粘附力产生的原因
        4.4.2 粘附力对收缩性的影响
    4.5 建立收缩补偿模型
    4.6 本章小结
第5章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
致谢
参考文献
附录
作者简介
攻读硕士学位期间研究成果



本文编号：3760060