微流控芯片已應(yīng)用于醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的小劑量快速檢測,它是將進(jìn)樣、混合、檢測并分析等集成一體的系統(tǒng)。但是,微液體在微米級尺度空間內(nèi)快速流動依賴于外加的離心力等動力裝置,集成化有困難。因此,利用金剛石砂輪微尖端在化學(xué)性穩(wěn)定的硬脆性材料基板上加工微V槽流道,主控制金剛石磨粒尖端在流道V尖端處通過法向力壓印產(chǎn)生納米裂紋流道,誘導(dǎo)微液體快速流動,實(shí)現(xiàn)微液體在微流道中自律運(yùn)動,應(yīng)用于無需離心機(jī)的病原體快速檢測。本研究基于硬脆性芯片基板的固體斷裂力學(xué),通過有限元模擬仿真方法與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合,研究了金剛石磨粒尖端微切削誘導(dǎo)納米裂紋成型機(jī)理,分析硬脆性芯片表面的納米裂紋流道尺度可控模型,具體研究內(nèi)容和成果如下:（1）基于金剛石微尖端壓印實(shí)驗(yàn),建立了納米裂紋成型的長度和深度與材料性能、磨粒尖端形狀和法向壓應(yīng)力的關(guān)系模式,分析發(fā)現(xiàn):增加法向力與減小材料維氏硬度可以增加納米裂紋流道的長度和深度。（2）有限元模擬仿真分析結(jié)果顯示納米裂紋成型的長度、深度變化趨勢與理論模型相一致,納米裂紋流道長度和深度與加載法向力大小以及硬脆性材料屬性有關(guān),可以在加工過程中被控制。（3）金剛石尖端間誘導(dǎo)納米裂紋實(shí)驗(yàn)與長度和深度模型一致。維氏... 

【文章來源】：華南理工大學(xué)廣東省211工程院校985工程院校教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：66 頁

【學(xué)位級別】：碩士

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技術(shù)路線圖

第二章金剛石磨粒尖端微切削誘導(dǎo)脆性斷裂擴(kuò)展的納米裂紋成型機(jī)理7第二章金剛石磨粒尖端微切削誘導(dǎo)脆性斷裂擴(kuò)展的納米裂紋成型機(jī)理2.1金剛石磨粒尖端微切削誘導(dǎo)脆性斷裂擴(kuò)展理論模型2.1.1脆性斷裂擴(kuò)展的納米裂紋成型機(jī)理圖2-1a為微V槽流道的金剛石砂輪磨削微V槽流道示意圖。根據(jù)課題組前期研究成果，金剛石砂輪精密微磨削可以在硬脆性材料表面加工精密微V槽流道。關(guān)鍵技術(shù)是對金剛石砂輪微尖端進(jìn)行精密修整，并且，將分布在金剛石砂輪的微尖端磨粒進(jìn)行修銳。然后，利用數(shù)控系統(tǒng)對硬脆性材料基板進(jìn)行精密磨削進(jìn)行控制，加工出微溝槽的微流道結(jié)構(gòu)。圖中顯示：金剛石磨粒隨機(jī)分布在砂輪輪廓表面上，砂輪經(jīng)過微尖端精密修整后，金剛石磨粒修平，砂輪尖端處金剛石磨粒切削刃也被修尖，如圖2-1b所示。(a)金剛石砂輪磨削加工微V槽流道(b)金剛石砂輪輪廓表面金剛石磨粒圖2-1金剛石砂輪微尖端的微V槽流道磨削示意圖

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文8圖2-2為金剛石磨粒尖端微切削誘導(dǎo)脆性斷裂擴(kuò)展過程示意圖。在砂輪磨削加工微V槽流道過程中，金剛石磨粒尖端在微切削過程中靠近并接觸微V槽流道底部時，逐漸加載法向力F，在法向力F作用下金剛石磨粒對微V槽流道底部材料機(jī)械壓入，材料發(fā)生塑性變形產(chǎn)生微壓痕，微壓痕尖端處誘導(dǎo)材料發(fā)生脆性斷裂，脆性斷裂擴(kuò)展形成納米裂紋，納米裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展形成納米裂紋流道；隨著砂輪輪廓沿著運(yùn)動軌跡運(yùn)動，分布在其表面的金剛石磨粒尖端逐漸離開微V槽流道底部，法向力F卸載，納米裂紋流道成型于已加工微V槽流道底部。圖2-2a為磨削加工出的微V槽流道示意圖，微V槽流道底部分布著金剛石磨粒尖端微切削誘導(dǎo)脆性斷裂擴(kuò)展產(chǎn)生的納米裂紋流道，納米裂紋流道可誘導(dǎo)微流體在微V槽流道內(nèi)快速流動，提高微流體流動速度。(a)微V槽流道與納米裂紋(b)金剛石磨粒尖端微切削誘導(dǎo)脆性斷裂擴(kuò)展過程圖2-2金剛石磨粒尖端微切削誘導(dǎo)脆性斷裂擴(kuò)展的納米裂紋流道形成示意圖

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]濃度梯度微流控芯片平臺的構(gòu)建及其應(yīng)用于抗白念珠菌藥物快速篩選研究[J]. 蔡穎,陳陽,洪戰(zhàn)英,柴逸峰.  藥學(xué)學(xué)報(bào). 2020(02)
[2]電場驅(qū)動μ-3D打印蠟基微流控模具[J]. 彭子龍,韋子龍,劉明楊,李一楠,蘭紅波.  中國機(jī)械工程. 2020(15)
[3]負(fù)壓型微流控葡萄糖生物傳感在線檢測系統(tǒng)的研制[J]. 高學(xué)金,呂昕雨,金辰.  儀表技術(shù)與傳感器. 2019(09)
[4]超快激光制備PMMA微流道機(jī)理及工藝研究[J]. 王中旺,汪幫富,丁雯鈺.  激光與紅外. 2019(08)
[5]基于3D打印犧牲陽模的異型截面微流道便捷加工[J]. 唐文來,樊寧,李宗安,項(xiàng)楠,楊繼全.  分析化學(xué). 2019(06)
[6]基于3D打印的血型檢測微流控芯片研究[J]. 許雪,陳曦,趙佳敏,張自力,李永猛.  中國測試. 2018(07)
[7]微流控技術(shù)中的微流體控制與應(yīng)用[J]. 陳昱.  海峽科技與產(chǎn)業(yè). 2018(06)
[8]激光技術(shù)制備微流道的研究[J]. 蘭子奇,史智昊.  激光雜志. 2017(06)
[9]現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝及精密加工技術(shù)探討[J]. 辛富兵.  科技創(chuàng)新與應(yīng)用. 2017(04)
[10]微流控技術(shù)在納米合成中的應(yīng)用[J]. 郭夢園,李風(fēng)華,包宇,馬玉芹,牛利.  應(yīng)用化學(xué). 2016(10)

博士論文
[1]功能微流控芯片的激光制備及應(yīng)用[D]. 王歡.吉林大學(xué) 2017

碩士論文
[1]自驅(qū)動微流控芯片設(shè)計(jì)與加工及病原體檢測應(yīng)用[D]. 蘇洪華.華南理工大學(xué) 2018
[2]光學(xué)玻璃磨削亞表面裂紋分析及深度預(yù)測研究[D]. 冷冰.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015



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