塑料微流控芯片的注塑成型

有别于传统的微流控芯片压塑成型方法,本文提出注塑成型加工塑料微流控芯片的新工艺.采用UV-LIGA技术制作成型微通道的型芯,设计制造了微流控芯片注塑模具.充模试验表明,如何使微通道复制完全是微流控芯片注塑成型的主要技术难点.模拟与理论分析表明,熔体在微通道处出现滞流现象是复制不完全的主要原因;搭建了可视化装置对此加以试验验证.利用正交试验方法进行充模试验,研究各工艺参数对微通道复制度的影响.试验表明模具温度对提高微通道复制度起决定性作用;注射速度和熔体温度是次要因素,而注射压力相对其他因素影响力较差,但必须保持在一个较高的水平.依此形成塑料微流控芯片的注塑成型工艺,对于宽80μm、深50μm截面的微通道而言,可使微通道复制度由70%提高到90%,满足使用要求.     

聚合物微流控芯片的注射成型

针对注塑成型微流控芯片过程中出现翘曲变形和微通道复制精度不高等缺陷,采用正交分析法,仿真优化了芯片厚度方向上的翘曲变形;基于翘曲优化结果,实验研究了微注射成型微流控芯片过程中模具温度、熔体温度和注射速度对微通道变形的影响。结果表明,保压时间和保压压力对微流控芯片的翘曲变形影响最大,而模具温度对微通道变形影响最为显著。采用优化的工艺参数,所成型的芯片微通道具有较高的复制度,无明显翘曲变形,可满足使用要求。     

PDMS微流控电泳芯片的快速制备

采用Protel软件绘制微流控沟道的形状,利用电路板制作技术加工出模具.该芯片由PDMS基片和PDMS盖片组成,微流控沟道位于基片上,深度和宽度分别为75μm和100μm,由盖片对其进行密封.考察了有绝缘漆模具和无绝缘漆模具制作的芯片的电泳分离情况.在所制作的PDMS微流控电泳芯片上对用异硫氰酸酯荧光素标记的氨基酸进行了电泳分离,当信噪比S/N=3时,最小检测浓度达到0.8×10-11mol/L.     

新型纳米磁色谱微流体芯片

通过标准光刻电铸工艺,在玻璃基片上制备了不同形状的顺磁性镍铁微柱阵列作为微流控通道内的磁力元件;通过SU-8胶光刻模板PDMS快速成型制备了微流控通道结构,通过O2 Plasma 处理和显微镜下对准,实现在玻璃基片上的永久封装,制备了磁分离微流控芯片;在微流控通道中引入含有微磁珠的溶液,通过外加磁场和流动式进样,观察微磁珠的对磁场的响应情况以及层流中的磁珠分离情况及捕获,并进行了DNA提取实验.     

注射成型工艺对微流控芯片微通道尺寸均匀性的影响

为了制造微通道尺寸均匀的微流控芯片,提出以梯形微通道上宽和深度的标准差来表征尺寸均匀性,研究了注射成型工艺参数对环烯烃类共聚物(COC)微流控芯片微通道尺寸均匀性的影响规律,为工艺参数的设置提供指导。结果表明,工艺参数对微通道上宽的影响较大,上宽标准差的最大极差为3.82μm;对微通道深度影响较小,深度标准差的最大极差为0.61μm。此外,模具温度对微通道尺寸均匀性的影响最显著,模具温度从80℃上升至120℃,微通道尺寸均匀性先略微下降,后逐渐提高,最低上宽标准差为3.24μm,下降幅度为54%。保压压力对微通道尺寸均匀性的影响最小,保压压力从80 MPa增加至120 MPa,微通道的尺寸均匀性逐渐提高,但最大标准差极差仅为1.29μm。     

微结构塑件注塑成型的复制度分析

以典型微结构塑件———微流控芯片为研究对象,对芯片纵、横微通道的复制度进行比较、分析。发现在注塑成型过程中,由于熔体与型腔微凸起之间的作用关系不同,导致芯片纵、横微通道的复制度存在明显差异,且横向微通道两侧的开口形状也不一致;基于熔体充模流动基本理论,建立了用来描述横向微通道开口圆角大小的数学表达式;利用新型电热式变模温注塑成型系统,对上述分析结果加以实验验证。结果表明,实测横向微通道开口圆角大小与计算结果基本一致。     

微结构塑件注塑成型的复制度分析EI北大核心CSCD

以典型微结构塑件———微流控芯片为研究对象,对芯片纵、横微通道的复制度进行比较、分析。发现在注塑成型过程中,由于熔体与型腔微凸起之间的作用关系不同,导致芯片纵、横微通道的复制度存在明显差异,且横向微通道两侧的开口形状也不一致;基于熔体充模流动基本理论,建立了用来描述横向微通道开口圆角大小的数学表达式;利用新型电热式变模温注塑成型系统,对上述分析结果加以实验验证。结果表明,实测横向微通道开口圆角大小与计算结果基本一致。     

塑料微流控芯片的制作及其自动化

实现塑料微流控芯片制作的自动化能够大幅度降低制作成本,稳定芯片质量,并使芯片具有较好的一致性,是推广应用、实现产业化所亟待解决的重要问题。本文简要介绍了微流控芯片的发展现状,指出影响其推广应用的主要障碍及所面临的主要问题。阐述了实现塑料微流控芯片制作自动化的意义。简述了制作塑料微流控芯片的两种主要方法——模塑法和热压法,分析了热压法制作塑料微流控芯片的工艺过程及其实现自动化所需解决的诸如自动脱片、基片与盖片的自动对准及预联接等技术问题。介绍了大连理工大学微系统研究中心同北京航空航天大学机器人研究所合作研制开发的塑料(PMMA)微流控芯片的自动化制造系统,并简要说明了主要的组成设备。     

聚合物微流控芯片超声波微熔融键合方法

为了将超声波聚合物焊接技术更好地应用于聚合物微流控芯片的键合,提出基于界面微熔融的聚合物微流控芯片超声波键合方法.设计了适用于该方法的导能筋结构,在合理的键合工艺参数控制下使导能筋结构材料不发生熔融流延,通过键合界面软化润湿来实现对微流控芯片微通道的密封连接.实验结果表明,键合时间仅为0.09 s,键合后微通道的承压能力可达6个大气压,满足微流控芯片的使用要求.面接触导能筋可采用机械加工或注塑方法获得,具有良好的产业化应用前景.     

微结构塑件注射成型试验研究与缺陷分析

以具有微结构的塑件——微流控芯片为研究对象,利用单因素试验方法研究注射工艺参数对微结构复制不完全和表面缩痕这两种主要成型缺陷的影响并加以分析。结果表明,注射速度和模具温度是影响微结构复制不完全的主要因素,注射压力起次要作用,保压压力影响不明显;影响芯片表面缩痕的主要因素是模具温度和保压压力;保压时间对微结构填充度的影响很小,但却是芯片整体翘曲变形的主要原因。     

FRACTURE TYPES AND THICKNESS DISTRIBUTION IN SUPERPLASTIC SHEETS FORMED WITH PLASTIC INJECTION MOLDING

This paper investigated the fracture types and thickness ratio distribution in superplastic Zn-22% Al sheets formed during a hybrid process combining superplastic forming with plastic injection molding. Three types of sheet fractures (edge crack, central crack, and combined crack) were observed. The effects of using this approach on sheet molding and fracture window for various parameters, including melt temperature, injection pressure, and mold temperature, were investigated. They are presented and discussed as they relate to molding area and various fracture types. Central cracks occurred when superplastic sheets were formed by injection molding at higher melt temperature, whereas edge cracks occurred at higher injection pressure. When melt flow was parallel to the sheet rolling direction, areas of edge crack were enlarged. The sheet thickness ratio distribution was obtained for various injection parameters and rib depths. Observation of sheet thickness distribution for variation parameters, and the tendency for fracture can be generalized.     

变模温与型腔气体反压辅助微孔发泡注塑技术及其产品内外泡孔结构演变

建立了一种变模温和型腔气体反压协同控制的微孔发泡注塑技术,研制了相应的变模温控制系统与型腔气体反压控制系统,构建了变模温与型腔气体反压辅助微孔发泡注塑试验线,并对变模温与型腔气体反压作用下的产品内外泡孔结构演变进行了研究。结果表明,变模温与型腔气体反压辅助工艺单独施加于微孔发泡注塑技术时,对其产品内外泡孔结构均具有双重影响:变模温可以改善产品大部分的表面形貌,但其对填充过程中的熔体发泡影响不大;型腔气体反压可以基本抑制填充过程中的熔体发泡,但却对产品内部泡孔密度有比较明显的降低影响。通过变模温与型腔气体反压的协同控制,可以实现微孔发泡注塑产品表面气泡形貌和内部泡孔结构的良好调控。     

工艺参数对高光注射成型制品复制率的影响

以自主开发的车载高光蓝牙外壳模具和温控辅助装置为基础,研究了工艺因素对高光注射成型制品复制率的影响。结果表明,高光成型制品复制率随着模具温度的升高而准线性增大;模温设定条件下,保压压力对制件复制率的影响最大,其次是保压时间,冷却时间影响最小,熔体温度和注射压力的影响以塑料热变形温度为分界点,当模温低于该温度时注射压力的影响较大,反之则相反;随着模温逐步升高,熔体温度和注射压力对制品复制率影响小幅度增大,保压压力、保压时间和冷却时间的影响呈倒"V"型小幅度波动,且均在塑料热变形温度附近达极小值。     

Formation of silicon sheet on a rotating substrate

A spin casting process to fabricate polycrystalline silicon sheets for use as solar cell wafers is presented and the parameters that control the sheet thickness are investigated. The computational model for the spin casting is proposed in order to understand the melt flow and solidification behaviors in the mold. The effect of the rotating speed of the mold and substrate morphology on the silicon sheets is studied via computer simulations, and the simulation results are compared with the experimental results. The numerical study of the fluidity and solidification behavior of the silicon predicted that the formation of rectangular sheets via spin casting is feasible, and the subsequent experiment confirmed this prediction. Using a square mold, rectangular silicon sheets can be produced under appropriate experimental conditions. Microstructural analyses verified the presence of long columnar structures on the sheets.     

笔记本电脑电池盖进浇方案MOLDflow分析

为了减少笔记本电脑电池盖产品的注塑缺陷和提高一次试模的成功率,提出在模具设计阶段改善产品成型质量的模具结构优化方案.应用MOLDFlow软件对电池盖产品的进浇方案进行仿真分析,分析了浇口尺寸、模具温度和成型工艺参数对填充时间、熔接线、气穴位置的影响,证实了所提改善方案的正确性,并得到优化的成型工艺参数,从而解决了电池盖的注塑缺陷问题,提升了生产效率,为模具设计人员进行模具设计以及注塑工艺人员进行工艺参数的调整提供依据.     

注射压缩成型与常规注射成型的模腔压力对比分析

在自主开发的注射压缩模具上安装模腔压力传感器,从工艺角度出发,对常规注射成型和注射压缩成型的模腔压力进行了工艺相关性的对比与分析。结果表明,注射压缩可有效降低注射压力和模腔压力,使模腔压力场更加均匀。常规注射成型中模腔压力受模具温度的影响最大,其次为熔体温度、保压时间和保压压力,而注射压缩成型中压缩速率对模腔压力的影响最大,其次为熔体温度和模具温度,压缩行程最弱。低残余应力与低翘曲变形进一步验证了注射压缩的技术优势和压力场特征,表明了模腔压力具有重要的工艺性能指导作用。     

微射出成型导光板的微结构分析

探讨了楔型导光板在微射出成型时的波峰落后现象，並以湿蚀刻制程将导光板扩散点制作于模板上，于微射出成型后将扩散点与导光板一体成型制作出来，用单一参数法探讨了制造工艺参数与导光板平面度及复制性的关系．结果表明，波峰落后现象是由于射出速度太慢、剪切热影响小使温度分布低、黏度升高、流动阻力大以及流动速度慢所造成的．影响平面度的最重要的制造工艺参数为模具温度，低模具温度时有较佳的平面度．模温为影响复制性的最重要的因素．     

A Flexible Piezoelectric Sensor for Microfluidic Applications Using Polyvinylidene Fluoride

A flexible technology for microfluidic applications using piezoelectric polyvinylidene fluoride (PVDF) and polydimethylsiloxane (PDMS) was developed. The flexible piezoelectric PVDF detects the flow rates and impulse pressure signal using piezoelectric characteristics. This study uses microelectromechanical systems (MEMS) technology to fabricate the sensing patterns on PVDF sheets, designs a molding transfer to form the microfluidic channels of the PDMS, and integrates them together. Experimental results show that PVDF films has good piezoelectricity at stretching ratio of 4, the flow rates ranged from 100 to 450 mL/min at dynamic controlling sensing, the miniature curvature radius is about 3 cm, and the cross section of the flexible microchannels is about 200 times 200 mum². The feasibility studies show that molding transfer is an appropriate low-cost technology for fabricating the flexible piezoelectric channels. The PVDF can be easily manufactured using MEMS process because it has a good mechanical strength and electrochemical stability in polymers.