基于微尺度韦森堡效应的高粘度流体输运实验研究

发布时间：2020-11-13 08:04

　　 聚合物基微纳制造过程中,高粘度流体在微管道输运过程中存在流阻大、喷嘴易堵以及流体输运响应慢等问题。本文提出把微尺度韦森堡效应应用于高粘度流体输运中,构建了基于微尺度韦森堡效应的流体输运方法,采用旋转式的喷嘴进行高粘度流体的直写,把流体输运系统与微喷嘴有效结合在一起。解决了高粘度喷嘴易堵和流体输运响应慢等问题,实现了微量高粘度流体的快速稳定输运,并探究了基于微尺度韦森堡效应的直写性能以及在变流道直径微流控芯片、螺旋光纤等微结构制备方面的应用。考察了微尺度韦森堡效应的流体输运原理和行为,实验分析针芯转速、针芯直径、溶液粘度等对爬杆效应的作用规律,探究了微尺度韦森堡效应用于流体输运的可行性及稳定性;分析了双杆效应中两杆间距、针芯转速及溶液粘度等对溶液输运的影响;探究了微尺度韦森堡效应应用于微管输运溶液的性能,每秒溶液流量可至167pL,为窄线宽连续稳定直写奠定了基础。运用自制的基于微尺度韦森堡效应的直写装置,对直写行为开展了系统、深入研究。分析了收集板运动速度、针芯转速、溶液浓度以及收集距离对直写液膜线条形貌的影响;通过对液膜线条线宽变化的分析,探究了基于微尺度韦森堡效应直写的动态特性,直写相差10倍直径的液膜线条所需的响应时间少于0.5s,远小于挤压式的58s;直写了二维、三维微结构,验证了微尺度韦森堡效应在微量高粘度流体直写方面的稳定性及快速响应性能。开展了变流道直径的微流控芯片制作工艺研究,创新性提出螺旋光纤(聚甲基丙烯酸甲酯)的制备方法。分析了螺旋光纤制造中启动、维持电压的影响因素;探究了收集板移动速度、针芯转速及收集距离等对螺旋光纤直径及周期的影响;测试了螺旋光纤对温度和荧光的敏感性能,使用直径为7.6μm、周期为21.5μm的螺旋光纤作为敏感单元,检测的最低荧光分子浓度为10-10mol/L,比非螺旋光纤小2个数量级。
【学位单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN492
【部分图文】：

聚合物微纳结构因其特有的生物、电以及光学等性能，使其在航空航天［１，２］、??生物医疗［３，４］、微机电系统［５，６］以及光子晶体［７’８］等方面都表现出优越的研宄及应用??价值（图１－１）。近年来，微纳增材制造技术的不断发展使得微纳结构制造变的越??来越简便，但是目前的微纳制造技术，如传统喷墨打印、电液耦合喷印、微挤出??等制造技术，一般可打印的材料粘度较低，这便限制了可打印材料的种类，而且??通常使用空心管作为喷嘴，高粘度聚合物在微管道内流阻较大很容易出现长时滞??以及堵喷头等问题Ｋ９１，无法满足微纳制造的发展需求。??解决微量、高粘度聚合物在输运过程中出现的长时滞以及堵喷头等问题成为??促进微纳制造技术发展的重要部分。因此，需要改进现有微纳制造技术的供液方??法，在保证微量供液的同时提高高粘度聚合物的响应速度，实现微量高粘度聚合??物的连续、稳定输运，促进微纳制造技术在更多领域的应用。??图１－１微纳结构应用｜Ｗ８｜：?（ａ）飞机蒙皮；（ｂ）生物组织；（ｃ）人工皮肤；（ｄ）微??流控芯片；（ｅ）柔性电子；（１）光子晶体。??１．１聚合物基微纳制造技术??目前针对不同的材料特性以及微纳结构需求发展出多种聚合物基微纳制造??技术

聚合物微纳结构因其特有的生物、电以及光学等性能，使其在航空航天［１，２］、??生物医疗［３，４］、微机电系统［５，６］以及光子晶体［７’８］等方面都表现出优越的研宄及应用??价值（图１－１）。近年来，微纳增材制造技术的不断发展使得微纳结构制造变的越??来越简便，但是目前的微纳制造技术，如传统喷墨打印、电液耦合喷印、微挤出??等制造技术，一般可打印的材料粘度较低，这便限制了可打印材料的种类，而且??通常使用空心管作为喷嘴，高粘度聚合物在微管道内流阻较大很容易出现长时滞??以及堵喷头等问题Ｋ９１，无法满足微纳制造的发展需求。??解决微量、高粘度聚合物在输运过程中出现的长时滞以及堵喷头等问题成为??促进微纳制造技术发展的重要部分。因此，需要改进现有微纳制造技术的供液方??法，在保证微量供液的同时提高高粘度聚合物的响应速度，实现微量高粘度聚合??物的连续、稳定输运，促进微纳制造技术在更多领域的应用。??图１－１微纳结构应用｜Ｗ８｜：?（ａ）飞机蒙皮；（ｂ）生物组织；（ｃ）人工皮肤；（ｄ）微??流控芯片；（ｅ）柔性电子；（１）光子晶体。??１．１聚合物基微纳制造技术??目前针对不同的材料特性以及微纳结构需求发展出多种聚合物基微纳制造??技术

聚合物微纳结构因其特有的生物、电以及光学等性能，使其在航空航天［１，２］、??生物医疗［３，４］、微机电系统［５，６］以及光子晶体［７’８］等方面都表现出优越的研宄及应用??价值（图１－１）。近年来，微纳增材制造技术的不断发展使得微纳结构制造变的越??来越简便，但是目前的微纳制造技术，如传统喷墨打印、电液耦合喷印、微挤出??等制造技术，一般可打印的材料粘度较低，这便限制了可打印材料的种类，而且??通常使用空心管作为喷嘴，高粘度聚合物在微管道内流阻较大很容易出现长时滞??以及堵喷头等问题Ｋ９１，无法满足微纳制造的发展需求。??解决微量、高粘度聚合物在输运过程中出现的长时滞以及堵喷头等问题成为??促进微纳制造技术发展的重要部分。因此，需要改进现有微纳制造技术的供液方??法，在保证微量供液的同时提高高粘度聚合物的响应速度，实现微量高粘度聚合??物的连续、稳定输运，促进微纳制造技术在更多领域的应用。??图１－１微纳结构应用｜Ｗ８｜：?（ａ）飞机蒙皮；（ｂ）生物组织；（ｃ）人工皮肤；（ｄ）微??流控芯片；（ｅ）柔性电子；（１）光子晶体。??１．１聚合物基微纳制造技术??目前针对不同的材料特性以及微纳结构需求发展出多种聚合物基微纳制造??技术
【参考文献】

相关期刊论文 前1条

1 吴复尧;邱美玲;王斌;;3D打印无人机的研究现状及问题分析[J];飞航导弹;2015年10期

相关硕士学位论文 前3条

1 颜改革;微型压电喷墨结构制造工艺研究[D];大连理工大学;2015年

2 何广奇;鞘气聚焦电纺直写喷头设计及射流约束沉积实验研究[D];厦门大学;2014年

3 蔡仁烨;细胞打印过程中的细胞受损分析[D];西安电子科技大学;2013年

本文编号：2881958