面向柔性电子卷绕制备的张力检测系统研究

发布时间：2020-04-11 07:51

【摘要】：柔性电子因其可延展、轻质等优良工艺性能在多个领域被广泛关注和研究,卷绕(Roll-to-Roll,R2R)制备工艺被认为是实现柔性电子规模化制造的最有效技术途径之一,可以充分利用柔性电子的变形特性,实现薄膜图案化、薄膜剥离与转移、多层薄膜层合等工艺集成。柔性电子R2R制备控制系统中的关键因素之一是恒张力控制,其对柔性基板张力检测提出了较高需求。本文面向局部接触式与非接触式两种不同的张力检测方法,提出并实现了一套张力检测系统,在设计整个检测系统硬件和数字信号处理方案的基础上,提出了一种小信号低噪声放大器和两种薄膜振动信号分离方法。本文的主要内容如下:(1)面向柔性电子R2R制备提出了张力检测软硬件需求分析与系统设计方案。通过对检测过程的需求分析,对硬件系统的搭建和数字信号处理的流程进行设计,并对张力检测系统整体及内部关键模块提出设计指标。(2)设计了一种双端输入的小信号低噪声放大器。针对双端输入类型的小信号处理,结合低噪声放大器的原理和一般设计原则,基于噪声匹配、负反馈、密勒效应的补偿等进行了电路结构设计。(3)提出了两种分别适用于正定和欠定情况下的薄膜振动信号提取方法,并提出了一种基于杂草算法优化变分模态分解的欠定盲信号分离算法。其中,正定方法采用联合对角化法恢复源信号并利用最大能量法识别自由振动信号;而欠定方法中首先采用杂草优化算法对源数目进行估计,进而采用变分模态分解算法分解观测信号并构造多通道观测信号,转换为正定问题处理。(4)实验验证本文提出的小信号低噪声放大器方案和信号提取方法。搭建了R2R张力检测实验平台,分别对小信号放大器的噪声、增益、带宽特性及薄膜振动信号分离算法的分离效果进行了离线实验;最后通过柔性RFID基板R2R输送张力检测实验证明了所设计的检测系统的局部接触式和非接触式检测精度;验证了本文研究成果的可行性。
【图文】：

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本学位论文得到以下项目的联合资助：国家自然科学基金面上项目“柔性电子卷到卷制造中异质结构可控转移与层合机理”，批准号：51475195；广东省重难点领域研发计划项目“印刷 OLED 显示高精度喷墨打印设备研发及应用”，批准号：2019B010924005。1.2 课题背景柔性电子指的是一类在柔性基板上制造的电子元器件产品，由于在柔性电子的制备中柔性基板具有良好的可延性，，整个制造过程具有高效率和低成本的特点，使得柔性电子制造工艺广泛涉及医疗、能源、信息、国防等广阔等领域[1]，如图 1.1 所示，薄膜太阳能电池板、印刷射频识别(Radio Frequency Identification, RFID)标签[2]、柔性电子显示器、有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode, OLED)、柔性传感器[3]、电子用表面粘贴[4]等电子元器件的制备均大量采用柔性电子制造工艺，近年来，伴随着柔性电子产品的广泛应用，其具有极大的市场潜力[5]。

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华中科技大学硕士学位论文如图 1.2 所示，柔性薄膜卷到卷输送系统[6]是一种从原料放料卷到产品收料卷不间断制备产品的柔性电子制备系统[7,8]。搭载柔性电子元件的柔性基板从放料卷展开，中间经过进给环节和一系列特定的处理，最后在收料卷处被收集。在卷到卷的输送过程中，运动的柔性基板靠自身基板上存在的张力保持张紧状态，如果张力过大，处于拉伸变形状态的柔性基板有可能会过度拉伸，发生柔性基板断裂的现象；而如果柔性基板上的张力过小，柔性基板有可能产生侧向或横向滑动，进而导致柔性基板产生皱褶或对基板上材料的涂覆不均匀。因此，薄膜卷材在卷到卷输送系统中进行加工时，若张力不稳定会对在柔性基板上加工的最终成品的质量产生很大的影响，做好张力控制使柔性基板保持稳定可靠的运行，是关乎整个卷到卷系统的重要问题[9]。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN60;TN911.7

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