基于微结构PDMS介质层的电容式柔性阵列压力传感器

提出了一种微结构聚二甲基硅氧烷(PDMS)为介质层的柔性阵列压力传感器,采用微电子机械系统(MEMS)工艺实现了传感器电极的制备,采用三明治的结构实现了柔性阵列压力传感器的制备。利用压力机和LCR电桥对不同厚度的微结构PDMS作为介质层的传感器性能进行了测试。测试结果表明,采用微结构PDMS为介质层明显提高了传感器的灵敏度,当介质层厚度为0.5 mm时,0～5 kPa和5～20 kPa下传感器的灵敏度分别为0.18 kPa-1和0.02 kPa-1,同时传感器具有良好的重复性(>1 000次)、快速的响应时间(<200 ms)和低的检测极限(约为5.5 Pa)。该传感器能够准确、灵活地监测外部压力的变化和分布,适用于未来智能机器人中电子皮肤的应用。     

石墨烯/PDMS仿生银杏叶微结构柔性压阻式压力传感器

柔性压阻式压力传感器是可穿戴健康监测系统和人机交互设备的重要组成部分。在实际应用中,对具有高灵敏度和宽线性范围的压阻式压力传感器的需求迫切。以石墨烯油墨为功能层、聚二甲基硅氧烷(PDMS)为柔性材料,设计并制备了具有仿生银杏叶微结构的柔性压力传感器。利用扫描电子显微镜(SEM)表征了传感器的表面形貌。结果表明,仿生银杏叶表面的微结构包括平行叶脉和各种形状不一的凸起。该传感器具有1.56 kPa~(-1)的高灵敏度和22.6 Pa～20 kPa的宽线性范围,当施加不同的载荷时有明显的台阶现象,并且可以在10 000次的循环压力测试下保持稳定良好的性能。传感器的响应时间缩短至80 ms左右。此外,该压阻式压力传感器可用于检测人体关节的运动,表明其在健康监测和电子皮肤中应用潜力巨大。     

一种高效低成本制作三维聚焦微流沟道的方法

为了使用微流体细胞仪实现对细胞的精确计数,设计和制作了能够真正实现三维聚焦功能的微流沟道。首先用Ansys软件对微流沟道的结构进行了优化设计,利用斜曝光工艺制作了SU-8微流沟道模具;然后利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)对SU-8模具进行倒模,得到其负模结构,对负模结构进行表面处理后,进行二次倒模,得到与原SU-8微流沟道结构一致的PDMS复制品;最后用荧光检测方法对封装好的PDMS微流沟道的封装和聚焦效果进行了测试。结果表明:该芯片结构可靠,可以满足进一步的流体聚焦检测要求,采用该方法生产的微流沟道具有生产周期短、成本低、效率高和结构可靠的特点。     

移动焦平面正反面曝光制备SU-8微结构及PDMS浓度梯度产生器

针对芯片实验室对浓度梯度产生器（CGG）的需求,为制作侧壁垂直的CGG,提出了一种移动焦平面正反面曝光制备SU-8光刻胶微结构的方法。该方法根据焦深将SU-8厚度分成多层,每曝光一次焦面向下移动一层,当曝光层数达到总层数一半时将样品翻转,同样采用移动焦面重复曝光的方式使SU-8内部形成光化学反应通道,得到充分曝光。最终利用SU-8微结构制作出聚二甲基硅氧烷(PDMS) CGG。测试结果表明：SU-8微结构实际轮廓侧壁垂直,没有出现“T”形结构,沟道高度为49.4μm; PDMS CGG侧壁垂直,沟道深度为49.3μm,满足CGG侧壁垂直要求。     

基于PDMS的压电驱动式系列微型泵

为进一步拓展压电微泵的应用领域,以利于更好地将其集成于微流控芯片中,该文对以固态聚二甲基硅氧烷(PDMS)为泵体材料的压电微泵开展相关实验研究。通过合理设计压电振子的支承方式、阀片结构以及采用两腔串、并联结构等措施以提高压电微泵的工作性能。分别以PDMS和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为泵体材料设计制作了单腔微泵、双腔串、并联微泵,并对其工作性能进行对比性实验测试。实验证明,构造具有较好工作性能的PDMS压电微泵具有可行性,在电压90 V,频率80 Hz的情况下,PDMS双腔串联泵的输出流量达到21mL/min,输出压力达到10kPa。但与PMMA为泵体材料的压电微泵相比,PDMS压电微泵在流量、压力方面仍有近30%的差距。     

一种利用PDMS工艺解决SU-8去胶问题的方法

提出了一种解决SU-8去胶难题的方法.该方法首先将SU-8微结构用PDMS进行复制,然后利用复制的PDMS微结构进行下一步的电铸,电铸完成后只要简单地将PDMS揭下即可释放出金属模具.通过该方法制备得到了深宽比达到10的金属模具,而且模具表面光滑,侧壁垂直.     

PDMS薄膜电磁微泵的原理与制作

铁硼永磁薄片以及下部的平面线圈。与硅膜相比，这种泵膜材料使用寿命长，物理化学性质稳定，光学特性和机械特性优良。下部的通电线圈与固连在泵膜上的钕铁硼相互作用，从而引起泵腔体积的变化，进而控制微量流体的进出。泵膜驱动面积为6mm×6mm，厚度为40μm，在频率为5Hz，80mA AC方波信号驱动下，竖直方向上位移可达300μm。     

基于PDMS的柔性可穿戴微带天线北大核心

提出了一种新型柔性微带天线,具有结构简单、质量轻、易共形和可穿戴的功能,且易于与衣物集成。该天线是以柔性材料聚二甲基硅氧烷（PDMS）为介质基底,以金属镍为辐射贴片,将镍覆于介质基底两侧,设计了E形辐射贴片和矩形金属地,并基于微机电系统（MEMS）加工工艺进行加工制造,经测试取得了良好的效果。仿真结果表明,该天线的谐振频率为13.5 GHz,带宽为2.0 GHz。在平放和弯曲的状态下分别进行了测试,测得的谐振频率为12.8 GHz,带宽为1.2 GHz,谐振频率的测试结果变化范围较小,测试结果良好,说明该柔性天线可实现弯曲的性能且谐振频率和带宽比较稳定。该天线的仿真和测试结果都体现出良好的阻抗匹配性和稳定的辐射方向性,为天线与电子设备的集成化提供了参考。     

纳米ZnO/PDMS复合薄膜力敏特性研究

力学敏感单元作为力学传感检测技术的核心单元,力敏传感技术在航空航天、工程设施、医疗、石油开采等生活、生产的各个领域都存在广泛的应用。研究了纳米ZnO/PDMS复合薄膜的制备,以及复合薄膜在加速度计中的应用。以纳米ZnO颗粒为填充粒子,以聚二甲基硅氧烷（PDMS）为聚合物,采用机械共混法制备了纳米ZnO/PDMS复合薄膜,并研究了复合薄膜的制作工艺、微观结构及力敏特性;并循序渐进地设计了复合薄膜在1G加速度内的力敏特性测试。实验结果表明：加速度计的灵敏度最大可达到0.484pF/g,验证该复合薄膜结构应用到加速度计中的可行性,为基于复合薄膜结构的加速度计力敏效应的验证奠定了理论依据和测试基础。     

基于PDMS的自组装制备可调谐光栅的研究

传统方法制作可调谐光栅的制作工艺复杂,成本高,时间长,因此,该文提出了一种新型的基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)可调谐光栅法,通过氧等离子体法制作出微米尺度的光栅结构。利用等离子体时间的可控性和PDMS的优异弹性,通过调控等离子体的时间和PDMS的拉伸程度的(最大可拉伸120%),制得所需尺寸光栅。将制得的光栅薄膜沿光栅栅线方向拉伸,随着栅线的伸长,光栅常数随之变小,从而对光栅周期进行连续、任意调谐,并获得预定的目标周期。实验表明,制作的光栅可调谐范围可达40%,且调谐过程中金属光栅保持完整,衍射角变化明显,理论值与实验值基本吻合,取得了预期的实验效果。实验结果表明,提出的新型可调谐光栅制作成本和周期降低,工艺制作过程较简单,且易控制。     

PDMS微流控光纤芯片的研制

用集成在芯片上的光纤作为激发光源,可使激发光斑的大小与微流控沟道的深度尺寸相接近,提高了检测灵敏度,省去了光学聚焦系统.利用二次曝光的方法制作了PDMS光纤芯片,实现了光纤与沟道的对准.对PDMS光纤芯片的加工工艺、封装方法和结构特征进行了探讨.用所制作的芯片对FITC（异硫氰酸荧光素）和以FITC标记的氨基酸进行了检测,结果证明了该芯片的可行性.     

Measurement of nonlinear mechanical properties of PDMS elastomer

This paper presents the measurement of the nonlinear mechanical properties of polydimethylsiloxane (PDMS) elastomer based on the mixing ratio of base polymer to curing agent. Strip-type PDMS samples with different mixing ratios were prepared using a simple coating, curing, and cutting process. A cyclic uniaxial tension test with a fixed magnitude of applied strain and a single-pull-to-failure tension test were performed with a micro-tensile tester at room temperature.Our new finding is that when the PDMS is mixed with excessive curing agent, stress softening occurs and residual strain exists in cyclic tension tests when the magnitude of the applied strain increases. For the PDMS-05 samples, in which the mixing ratio of base polymer to curing agent was 5 to 1, there were large differences in the stresses for the same strain level under loading and unloading during the first cycle with a 100% fixed strain amplitude, but the softening effect of the stress in the PDMS dropped rapidly starting from the second cycle.Nonlinear mechanical Neo-Hookean, third-order Mooney, and second-order Ogden models of three different PDMS films were computed from the stress-strain data. The results showed that all models were preferable for the small strain region of PDMS compared with other models. In the nonlinear, large strain region, only the second-order Ogden model properly described the mechanical behavior of the PDMS, while the Neo-Hookean and third-order Mooney-Rivlin models were too stiff or flexible in the measurement range. The bulk modulus of PDMS increased with the amount of curing agent in it. Therefore, the second-order Ogden model is preferable for analyzing the PDMS structure over the entire measurement range. This could provide reasonable mechanical models of PDMS for rapid computational prototyping and for designing active and passive components from PDMS.     

硅油稀释PDMS法制备紫外纳米压印软模板

软模板的制作是紫外纳米压印中关键的技术,模版的分辨率直接决定了压印图形的最小分辨率。使用具有高度均匀、100nm级孔洞阵列结构的多孔氧化铝作为母版,使用基于液态浇铸的硅油稀释聚二甲基硅氧烷(硅油和聚二甲基硅氧烷的质量比为1:2)法制备出具有规则点阵结构的软模板。通过SEM和AFM表征发现,特征图形得到了有效转移,特征尺度保持在100nm左右。相对于传统的模板制备方法,此方法成本低、流程简单、适合大规模生产,是一种非常有前途的软模板制备方法。     

利用PDMS纳米结构薄膜增强玻璃基板出光

以纳米压印技术为基础制备了具有纳米结构的聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜.将纳米结构中间聚合物模板(IPS)薄膜覆盖在有PDMS溶液的玻璃基板上,真空加热后在玻璃基板上得到PDMS网格结构薄膜.这种方式得到的网格结构形状保持较好且厚度均匀无气泡,IPS薄膜不仅可以反复使用以减少Si母版的材料损耗,还可以缩短网格结构的制备...     

降低SU-8光刻胶侧壁粗糙度的研究

SU-8负性光刻胶可通过UV-LIGA技术得到高深宽比微结构,是微机械系统(MEMS)制造中极具前景的一种技术。目前已有对于SU-8微结构的线宽变化,侧壁倾角,表面粗糙度,增加深宽比等方面的大量研究,但是鲜有对于SU-8微结构侧壁粗糙度的研究。该文从造成微结构侧壁粗糙度的原因入手,讨论了各个工艺参数对侧壁粗糙度的影响,并且通过优化工艺参数达到了降低SU-8微结构侧壁粗糙度的目的。     

用于微流控芯片的PDMS微混合器工艺和数值分析

介绍了一种用软光刻技术制作微流芯片上PDMS微混合器的工艺。首先用SU-8胶制作微模具,然后用复制压模法制作出PDMS微通道,最后用紫外光表面改性实现PDMS材料和玻璃基片的键合。阐述了微混合的机理,用数值分析方法对三种形状微混合器进行了液体混合效率的分析,结果表明,弯形管道特别是Z形管道,由于惯性力在横截面上产生的二次流动能有效增大液体间的微混合面积,因而大大提高了液体混合的效率。     

Fabrication of SU-8 microreactors for radiopharmaceutical production

SU-8 is a very interesting material for the fabrication of lab-on-chip devices applied to organic synthesis because of its resistance to chemicals and solvents. Among the possible application fields of microreactor technology, radiochemistry is emerging because microfluidic apparatuses allow to perform radiosynthesis in a quicker, safer and more reliable way compared to traditional vessel-based approaches. Microreactors for synthesizing [¹⁸F]-labelled radiopharmaceuticals require the employment of materials that do not adsorb fluoride and are resistant to solvents and chemicals. Pyrex, glass and silicon adsorb fluoride ions, therefore they are not the best choice. SU-8 is stable towards chemicals and solvents but nothing is known about its behaviour with radioactive fluoride. Here we develop a simple fabrication procedure to make fully coated SU-8 microreactors and we demonstrate the potentiality of SU-8 microfluidic architectures to be used for radiosynthesis, giving a proof of their low tendency to trap radioactive fluoride if compared with traditional glass microchannels.     

基于PDMS嵌入式超宽带天线设计

设计了一种以柔性材料聚二甲基硅氧烷(PDMS)为介质基片的超宽带(UWB)天线,其辐射单元由矩形和半圆环金属贴片组成,两部分结构由带状贴片连接,采用共面波导方式馈电。上述金属贴片嵌入在PDMS基片中间,用于人体通信的可穿戴系统。利用嵌入式结构,有效提高了天线的柔韧性和耐用性。为了更好地模拟天线在人体表面的工作环境,构建了包括皮肤、脂肪和肌肉的三层人体组织模型,满足人体安全的国际标准的最大天线比吸收率值为16.4 mW。最后对天线样品进行测试,结果表明天线总体性能稳定,阻抗带宽为5.39-10.33 GHz,实现了在医学机构使用的频段(5.725-5.875 GHz)要求。