金刚石尖端诱导纳米裂纹成型及微流控检测应用
发布时间：2022-02-05 05:36
微流控芯片已应用于医学等领域的小剂量快速检测,它是将进样、混合、检测并分析等集成一体的系统。但是,微液体在微米级尺度空间内快速流动依赖于外加的离心力等动力装置,集成化有困难。因此,利用金刚石砂轮微尖端在化学性稳定的硬脆性材料基板上加工微V槽流道,主控制金刚石磨粒尖端在流道V尖端处通过法向力压印产生纳米裂纹流道,诱导微液体快速流动,实现微液体在微流道中自律运动,应用于无需离心机的病原体快速检测。本研究基于硬脆性芯片基板的固体断裂力学,通过有限元模拟仿真方法与实验相结合,研究了金刚石磨粒尖端微切削诱导纳米裂纹成型机理,分析硬脆性芯片表面的纳米裂纹流道尺度可控模型,具体研究内容和成果如下:（1）基于金刚石微尖端压印实验,建立了纳米裂纹成型的长度和深度与材料性能、磨粒尖端形状和法向压应力的关系模式,分析发现:增加法向力与减小材料维氏硬度可以增加纳米裂纹流道的长度和深度。（2）有限元模拟仿真分析结果显示纳米裂纹成型的长度、深度变化趋势与理论模型相一致,纳米裂纹流道长度和深度与加载法向力大小以及硬脆性材料属性有关,可以在加工过程中被控制。（3）金刚石尖端间诱导纳米裂纹实验与长度和深度模型一致。维氏...
【文章来源】：华南理工大学广东省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
第二章金刚石磨粒尖端微切削诱导脆性断裂扩展的纳米裂纹成型机理7第二章金刚石磨粒尖端微切削诱导脆性断裂扩展的纳米裂纹成型机理2.1金刚石磨粒尖端微切削诱导脆性断裂扩展理论模型2.1.1脆性断裂扩展的纳米裂纹成型机理图2-1a为微V槽流道的金刚石砂轮磨削微V槽流道示意图。根据课题组前期研究成果，金刚石砂轮精密微磨削可以在硬脆性材料表面加工精密微V槽流道。关键技术是对金刚石砂轮微尖端进行精密修整，并且，将分布在金刚石砂轮的微尖端磨粒进行修锐。然后，利用数控系统对硬脆性材料基板进行精密磨削进行控制，加工出微沟槽的微流道结构。图中显示：金刚石磨粒随机分布在砂轮轮廓表面上，砂轮经过微尖端精密修整后，金刚石磨粒修平，砂轮尖端处金刚石磨粒切削刃也被修尖，如图2-1b所示。(a)金刚石砂轮磨削加工微V槽流道(b)金刚石砂轮轮廓表面金刚石磨粒图2-1金刚石砂轮微尖端的微V槽流道磨削示意图
华南理工大学硕士学位论文8图2-2为金刚石磨粒尖端微切削诱导脆性断裂扩展过程示意图。在砂轮磨削加工微V槽流道过程中，金刚石磨粒尖端在微切削过程中靠近并接触微V槽流道底部时，逐渐加载法向力F，在法向力F作用下金刚石磨粒对微V槽流道底部材料机械压入，材料发生塑性变形产生微压痕，微压痕尖端处诱导材料发生脆性断裂，脆性断裂扩展形成纳米裂纹，纳米裂纹进一步扩展形成纳米裂纹流道；随着砂轮轮廓沿着运动轨迹运动，分布在其表面的金刚石磨粒尖端逐渐离开微V槽流道底部，法向力F卸载，纳米裂纹流道成型于已加工微V槽流道底部。图2-2a为磨削加工出的微V槽流道示意图，微V槽流道底部分布着金刚石磨粒尖端微切削诱导脆性断裂扩展产生的纳米裂纹流道，纳米裂纹流道可诱导微流体在微V槽流道内快速流动，提高微流体流动速度。(a)微V槽流道与纳米裂纹(b)金刚石磨粒尖端微切削诱导脆性断裂扩展过程图2-2金刚石磨粒尖端微切削诱导脆性断裂扩展的纳米裂纹流道形成示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]浓度梯度微流控芯片平台的构建及其应用于抗白念珠菌药物快速筛选研究[J]. 蔡颖,陈阳,洪战英,柴逸峰. 药学学报. 2020(02)
[2]电场驱动μ-3D打印蜡基微流控模具[J]. 彭子龙,韦子龙,刘明杨,李一楠,兰红波. 中国机械工程. 2020(15)
[3]负压型微流控葡萄糖生物传感在线检测系统的研制[J]. 高学金,吕昕雨,金辰. 仪表技术与传感器. 2019(09)
[4]超快激光制备PMMA微流道机理及工艺研究[J]. 王中旺,汪帮富,丁雯钰. 激光与红外. 2019(08)
[5]基于3D打印牺牲阳模的异型截面微流道便捷加工[J]. 唐文来,樊宁,李宗安,项楠,杨继全. 分析化学. 2019(06)
[6]基于3D打印的血型检测微流控芯片研究[J]. 许雪,陈曦,赵佳敏,张自力,李永猛. 中国测试. 2018(07)
[7]微流控技术中的微流体控制与应用[J]. 陈昱. 海峡科技与产业. 2018(06)
[8]激光技术制备微流道的研究[J]. 兰子奇,史智昊. 激光杂志. 2017(06)
[9]现代化机械设计制造工艺及精密加工技术探讨[J]. 辛富兵. 科技创新与应用. 2017(04)
[10]微流控技术在纳米合成中的应用[J]. 郭梦园,李风华,包宇,马玉芹,牛利. 应用化学. 2016(10)
博士论文
[1]功能微流控芯片的激光制备及应用[D]. 王欢.吉林大学 2017
硕士论文
[1]自驱动微流控芯片设计与加工及病原体检测应用[D]. 苏洪华.华南理工大学 2018
[2]光学玻璃磨削亚表面裂纹分析及深度预测研究[D]. 冷冰.哈尔滨工业大学 2015
本文编号：3614664
【文章来源】：华南理工大学广东省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
第二章金刚石磨粒尖端微切削诱导脆性断裂扩展的纳米裂纹成型机理7第二章金刚石磨粒尖端微切削诱导脆性断裂扩展的纳米裂纹成型机理2.1金刚石磨粒尖端微切削诱导脆性断裂扩展理论模型2.1.1脆性断裂扩展的纳米裂纹成型机理图2-1a为微V槽流道的金刚石砂轮磨削微V槽流道示意图。根据课题组前期研究成果，金刚石砂轮精密微磨削可以在硬脆性材料表面加工精密微V槽流道。关键技术是对金刚石砂轮微尖端进行精密修整，并且，将分布在金刚石砂轮的微尖端磨粒进行修锐。然后，利用数控系统对硬脆性材料基板进行精密磨削进行控制，加工出微沟槽的微流道结构。图中显示：金刚石磨粒随机分布在砂轮轮廓表面上，砂轮经过微尖端精密修整后，金刚石磨粒修平，砂轮尖端处金刚石磨粒切削刃也被修尖，如图2-1b所示。(a)金刚石砂轮磨削加工微V槽流道(b)金刚石砂轮轮廓表面金刚石磨粒图2-1金刚石砂轮微尖端的微V槽流道磨削示意图
华南理工大学硕士学位论文8图2-2为金刚石磨粒尖端微切削诱导脆性断裂扩展过程示意图。在砂轮磨削加工微V槽流道过程中，金刚石磨粒尖端在微切削过程中靠近并接触微V槽流道底部时，逐渐加载法向力F，在法向力F作用下金刚石磨粒对微V槽流道底部材料机械压入，材料发生塑性变形产生微压痕，微压痕尖端处诱导材料发生脆性断裂，脆性断裂扩展形成纳米裂纹，纳米裂纹进一步扩展形成纳米裂纹流道；随着砂轮轮廓沿着运动轨迹运动，分布在其表面的金刚石磨粒尖端逐渐离开微V槽流道底部，法向力F卸载，纳米裂纹流道成型于已加工微V槽流道底部。图2-2a为磨削加工出的微V槽流道示意图，微V槽流道底部分布着金刚石磨粒尖端微切削诱导脆性断裂扩展产生的纳米裂纹流道，纳米裂纹流道可诱导微流体在微V槽流道内快速流动，提高微流体流动速度。(a)微V槽流道与纳米裂纹(b)金刚石磨粒尖端微切削诱导脆性断裂扩展过程图2-2金刚石磨粒尖端微切削诱导脆性断裂扩展的纳米裂纹流道形成示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]浓度梯度微流控芯片平台的构建及其应用于抗白念珠菌药物快速筛选研究[J]. 蔡颖,陈阳,洪战英,柴逸峰. 药学学报. 2020(02)
[2]电场驱动μ-3D打印蜡基微流控模具[J]. 彭子龙,韦子龙,刘明杨,李一楠,兰红波. 中国机械工程. 2020(15)
[3]负压型微流控葡萄糖生物传感在线检测系统的研制[J]. 高学金,吕昕雨,金辰. 仪表技术与传感器. 2019(09)
[4]超快激光制备PMMA微流道机理及工艺研究[J]. 王中旺,汪帮富,丁雯钰. 激光与红外. 2019(08)
[5]基于3D打印牺牲阳模的异型截面微流道便捷加工[J]. 唐文来,樊宁,李宗安,项楠,杨继全. 分析化学. 2019(06)
[6]基于3D打印的血型检测微流控芯片研究[J]. 许雪,陈曦,赵佳敏,张自力,李永猛. 中国测试. 2018(07)
[7]微流控技术中的微流体控制与应用[J]. 陈昱. 海峡科技与产业. 2018(06)
[8]激光技术制备微流道的研究[J]. 兰子奇,史智昊. 激光杂志. 2017(06)
[9]现代化机械设计制造工艺及精密加工技术探讨[J]. 辛富兵. 科技创新与应用. 2017(04)
[10]微流控技术在纳米合成中的应用[J]. 郭梦园,李风华,包宇,马玉芹,牛利. 应用化学. 2016(10)
博士论文
[1]功能微流控芯片的激光制备及应用[D]. 王欢.吉林大学 2017
硕士论文
[1]自驱动微流控芯片设计与加工及病原体检测应用[D]. 苏洪华.华南理工大学 2018
[2]光学玻璃磨削亚表面裂纹分析及深度预测研究[D]. 冷冰.哈尔滨工业大学 2015
本文编号：3614664
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