微流控芯片已應用于醫(yī)學等領域的小劑量快速檢測,它是將進樣、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生納米裂紋流道,誘導微液體快速流動,實現(xiàn)微液體在微流道中自律運動,應用于無需離心機的病原體快速檢測。本研究基于硬脆性芯片基板的固體斷裂力學,通過有限元模擬仿真方法與實驗相結合,研究了金剛石磨粒尖端微切削誘導納米裂紋成型機理,分析硬脆性芯片表面的納米裂紋流道尺度可控模型,具體研究內容和成果如下:（1）基于金剛石微尖端壓印實驗,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力的關系模式,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,可以在加工過程中被控制。（3）金剛石尖端間誘導納米裂紋實驗與長度和深度模型一致。維氏... 

【文章來源】：華南理工大學廣東省211工程院校985工程院校教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：66 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

技術路線圖

第二章金剛石磨粒尖端微切削誘導脆性斷裂擴展的納米裂紋成型機理7第二章金剛石磨粒尖端微切削誘導脆性斷裂擴展的納米裂紋成型機理2.1金剛石磨粒尖端微切削誘導脆性斷裂擴展理論模型2.1.1脆性斷裂擴展的納米裂紋成型機理圖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。關鍵技術是對金剛石砂輪微尖端進行精密修整，并且，將分布在金剛石砂輪的微尖端磨粒進行修銳。然后，利用數(shù)控系統(tǒng)對硬脆性材料基板進行精密磨削進行控制，加工出微溝槽的微流道結構。圖中顯示：金剛石磨粒隨機分布在砂輪輪廓表面上，砂輪經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

華南理工大學碩士學位論文8圖2-2為金剛石磨粒尖端微切削誘導脆性斷裂擴展過程示意圖。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槽流道底部材料機械壓入，材料發(fā)生塑性變形產生微壓痕，微壓痕尖端處誘導材料發(fā)生脆性斷裂，脆性斷裂擴展形成納米裂紋，納米裂紋進一步擴展形成納米裂紋流道；隨著砂輪輪廓沿著運動軌跡運動，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脆性斷裂擴展產生的納米裂紋流道，納米裂紋流道可誘導微流體在微V槽流道內快速流動，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脆性斷裂擴展過程圖2-2金剛石磨粒尖端微切削誘導脆性斷裂擴展的納米裂紋流道形成示意圖

【參考文獻】：
期刊論文
[1]濃度梯度微流控芯片平臺的構建及其應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.  藥學學報. 2020(02)
[2]電場驅動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.  中國機械工程. 2020(15)
[3]負壓型微流控葡萄糖生物傳感在線檢測系統(tǒng)的研制[J]. 高學金,呂昕雨,金辰.  儀表技術與傳感器. 2019(09)
[4]超快激光制備PMMA微流道機理及工藝研究[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,項楠,楊繼全.  分析化學. 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]微流控技術中的微流體控制與應用[J]. 陳昱.  海峽科技與產業(yè). 2018(06)
[8]激光技術制備微流道的研究[J]. 蘭子奇,史智昊.  激光雜志. 2017(06)
[9]現(xiàn)代化機械設計制造工藝及精密加工技術探討[J]. 辛富兵.  科技創(chuàng)新與應用. 2017(04)
[10]微流控技術在納米合成中的應用[J]. 郭夢園,李風華,包宇,馬玉芹,牛利.  應用化學. 2016(10)

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

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



本文編號：3614664