發(fā)布時(shí)間：2023-01-09 12:58

　　微流控芯片具有樣品消耗低、污染小、分析速度快、檢測(cè)效率高的優(yōu)點(diǎn),近年來隨著其制造技術(shù)的逐漸成熟,被廣泛應(yīng)用于疾病診斷、食品安全檢測(cè)、基因分析、新藥物合成等領(lǐng)域。微流控芯片的制造涉及流體物理、新材料、微電子、化學(xué)和生物學(xué)多個(gè)學(xué)科,成為熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。石英和玻璃是傳統(tǒng)生物化學(xué)分析反應(yīng)和測(cè)量容器的制造材料,其具有優(yōu)良的光學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性,是制造微流控芯片的主要基材之一。微通道是微流控芯片中最重要的基本單元,微通道的加工對(duì)微流控芯片制造有重要意義。本文對(duì)熔石英材料上微通道的加工方法進(jìn)行了研究。為了減少熱裂紋的產(chǎn)生,提高微通道的加工質(zhì)量,本文采用激光誘導(dǎo)等離子體加工方法,研究從加工的熱傳輸入手,對(duì)不同階段的物理過程進(jìn)行了理論分析和模擬仿真,最后搭建實(shí)驗(yàn)環(huán)境并完成實(shí)驗(yàn),對(duì)理論分析和仿真結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。在加工的樣品中,微通道長(zhǎng)度最長(zhǎng)超過2mm并且表壁光滑,質(zhì)量?jī)?yōu)于采用納秒激光熱加工方法制造的微通道;該加工方法在未來微流控芯片的層疊小型化方面有應(yīng)用前景。其主要工作如下:1、從傅里葉熱傳導(dǎo)方程出發(fā),系統(tǒng)闡述了激光誘導(dǎo)等離子體加工熔石英的物理原理。其中包括熱量在材料中的傳播、材料的溫度和熱應(yīng)力分布、等離子體... 

【文章頁數(shù)】：120 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
主要英文縮語
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 微流控芯片的發(fā)展概況
    1.3 微流控芯片相關(guān)技術(shù)
        1.3.1 微流控芯片的主要單元
        1.3.2 微流控芯片材料
        1.3.3 微流控芯片加工
        1.3.4 微流控芯片的檢測(cè)技術(shù)
    1.4 激光微細(xì)加工技術(shù)
        1.4.1 激光去除微加工技術(shù)
        1.4.2 激光堆積微加工技術(shù)
        1.4.3 玻璃和石英材料的微通道/微孔激光加工技術(shù)
    1.5 本文的研究目的、內(nèi)容以及論文結(jié)構(gòu)說明
第二章 基本理論
    2.1 激光光束模型
        2.1.1 高斯光束
        2.1.2 高階高斯光束
        2.1.3 平頂光束
        2.1.4 激光脈沖的功率分布
    2.2 激光加工的熱傳輸過程
        2.2.1 激光的吸收
        2.2.2 激光對(duì)材料的加熱以及熱傳導(dǎo)
        2.2.3 材料的熱應(yīng)力分析
        2.2.4 熔石英材料的融熔與氣化
    2.3 激光誘導(dǎo)等離子產(chǎn)生的體物理過程
        2.3.1 材料的電離過程
        2.3.2 等離子體的加工作用
        2.3.3 等離子體與激光的相互作用
    2.4 激光熱加工和激光誘導(dǎo)等離子體加工過程
    2.5 本章小結(jié)
第三章 激光與熔石英作用過程中的溫度與熱應(yīng)力分析
    3.1 簡(jiǎn)化模型溫度與應(yīng)力計(jì)算
    3.2 溫度與應(yīng)力的數(shù)值模擬方法
        3.2.1 溫度場(chǎng)分析的有限元方法
        3.2.2 熱應(yīng)力分析的有限元方法
    3.3 熔石英微通道加工過程中的溫度與熱應(yīng)力的仿真計(jì)算
        3.3.1 熔石英材料的物理參數(shù)
        3.3.2 激光輻照熔石英的仿真模型
        3.3.3 激光輻照熔石英溫度與熱應(yīng)力的仿真分析
        3.3.4 激光焦點(diǎn)位置對(duì)溫度與熱應(yīng)力分布的影響
        3.3.5 激光輻照熔石英微孔的仿真模型
        3.3.6 熔石英微孔在激光輻照過程的溫度與熱應(yīng)力分析
    3.4 本章小結(jié)
第四章 熔石英加工過程中等離子體相關(guān)研究
    4.1 熔石英的光致電離
        4.1.1 多光子吸收
        4.1.2 雪崩電離
    4.2 LSDW對(duì)熔石英表面的加工作用
        4.2.1 激光支持爆轟波(LSDW)的波前傳播
        4.2.2 激光支持爆轟波(LSDW)波后對(duì)材料的作用
    4.3 等離子體對(duì)微通道的作用
        4.3.1 流體控制方程及納維-斯托克斯(Navier-Stokes)方程
        4.3.2 雷諾平均納維-斯托克斯方程(RANS)與Spalart-Allmaras(S-A)模型
        4.3.3 等離子體加工過程的仿真分析
    4.4 本章小結(jié)
第五章 熔石英加工實(shí)驗(yàn)及微通道形貌分析
    5.1 加工方法與加工參數(shù)的確定
        5.1.1 加工方法
        5.1.2 激光脈沖參數(shù)的選擇
    5.2 實(shí)驗(yàn)加工系統(tǒng)
        5.2.1 系統(tǒng)構(gòu)成
        5.2.2 加工控制及實(shí)現(xiàn)
    5.3 實(shí)驗(yàn)研究
        5.3.1 加工實(shí)驗(yàn)
        5.3.2 微通道形貌分析
        5.3.3 微通道表壁的檢測(cè)
    5.4 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 完成的主要工作
    6.2 進(jìn)一步的工作和展望
致謝
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表論文及參與科研項(xiàng)目情況
圖表索引


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]激光輻照熔石英控制的ANSYS仿真[J]. 于景俠,賀少勃,向霞,袁曉東,鄭萬國(guó),郭袁俊,祖小濤.  電子科技大學(xué)學(xué)報(bào). 2012(06)
[2]激光誘導(dǎo)等離子體加工石英微通道機(jī)理研究[J]. 李世雄,白忠臣,黃政,張欣,秦水介,毛文雪.  物理學(xué)報(bào). 2012(11)
[3]納秒激光加工石英微通道的實(shí)驗(yàn)與理論研究[J]. 李世雄,白忠臣,秦水介.  激光與光電子學(xué)進(jìn)展. 2012(04)
[4]高階模高斯光束整形方法研究[J]. 高瑀含,安志勇,李麗娟,王勁松.  光學(xué)與光電技術(shù). 2011(05)
[5]355nm納秒紫外激光輻照下熔石英前后表面損傷的對(duì)比研究[J]. 劉紅婕,周信達(dá),黃進(jìn),王鳳蕊,蔣曉東,黃競(jìng),吳衛(wèi)東,鄭萬國(guó).  物理學(xué)報(bào). 2011(06)
[6]納秒激光誘導(dǎo)K9玻璃損傷形貌研究[J]. 韓敬華,馮國(guó)英,楊李茗,張秋慧,劉民才,楊麗茹,朱啟華,謝旭東.  紅外與激光工程. 2010(01)
[7]熔石英表面熱致應(yīng)力對(duì)激光損傷行為影響的研究[J]. 劉紅婕,黃進(jìn),王鳳蕊,周信達(dá),蔣曉東,吳衛(wèi)東.  物理學(xué)報(bào). 2010(02)
[8]納秒激光在K9玻璃中聚焦的損傷形貌研究[J]. 韓敬華,馮國(guó)英,楊李茗,張秋慧,謝旭東,朱啟華,周壽桓.  物理學(xué)報(bào). 2008(09)
[9]短脈沖激光輻照下SiO2損傷微觀機(jī)理簡(jiǎn)化模型[J]. 胡鵬,陳發(fā)良.  強(qiáng)激光與粒子束. 2007(11)
[10]石英玻璃在激光作用下的溫度與應(yīng)力場(chǎng)分析[J]. 焦俊科,王新兵,盧宏.  激光技術(shù). 2007(04)

博士論文
[1]高斯光束整形技術(shù)研究[D]. 高瑀含.長(zhǎng)春理工大學(xué) 2012



本文編號(hào)：3729226