【摘要】：隨著電子產(chǎn)品的日益微型化,由于尺寸效應(yīng),重力將不再起主導(dǎo)作用,在微尺度下存在微對(duì)象釋放難的問(wèn)題。因此,很有必要研究一種可以實(shí)現(xiàn)微對(duì)象的無(wú)損拾取、轉(zhuǎn)移與可靠釋放的微操作方法。本文提出了一種基于毛細(xì)力的微操作方法,主要通過(guò)高精密注射泵注射微量液滴,使操作工具與微對(duì)象之間形成液橋,從而產(chǎn)生液橋力實(shí)現(xiàn)微對(duì)象的無(wú)損拾取,通過(guò)雙液橋的方法實(shí)現(xiàn)微對(duì)象的可靠釋放。首先,研究了毛細(xì)力的機(jī)理,提出了一種用于實(shí)現(xiàn)微對(duì)象拾取、轉(zhuǎn)移與釋放的毛細(xì)力微操作方法,主要進(jìn)行了微量液滴獲取方式的選擇及微對(duì)象釋放方法的研究,并對(duì)微操作過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)劃分;介紹了一種雙迭代算法,建立了液橋形態(tài)的簡(jiǎn)化模型,對(duì)微操作過(guò)程中液橋的彎月面形態(tài)進(jìn)行了分析;根據(jù)物理方法對(duì)微對(duì)象進(jìn)行受力分析,推導(dǎo)出了液橋力的計(jì)算公式,并研究了液橋力隨著接觸角與液橋高度的變化情況;分析了微操作的拾取過(guò)程與釋放過(guò)程的原理,即研究毛細(xì)力微操作過(guò)程中所需要滿(mǎn)足的力學(xué)條件。其次,搭建了基于毛細(xì)力的微操作系統(tǒng),設(shè)計(jì)微操作系統(tǒng)整體方案,并完成微操作系統(tǒng)三維模型的建立,其中主要包括液滴注射模塊、位移平臺(tái)模塊及視覺(jué)模塊等三大模塊的建立。此外,為了提高微操作過(guò)程的效率及定位精度,避免因操作不熟練而導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)失敗或者操作精度降低,在Automation Base控制軟件中利用lua語(yǔ)言編寫(xiě)微對(duì)象拾取、轉(zhuǎn)移與釋放的快速定位控制程序。最后,基于已搭建好的毛細(xì)力微操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn),首先,調(diào)節(jié)并優(yōu)化激光打標(biāo)機(jī)的參數(shù),完成了基底與微對(duì)象的制備,并利用MAT LAB的交互式命令進(jìn)行液滴體積量與固體表面液滴接觸角的計(jì)算,研究了不同的基底材料對(duì)液滴量的影響,分別完成了500μm?500μm與700μm?700μm微芯片的拾取、轉(zhuǎn)移與釋放操作,通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)計(jì)算微操作的成功率,同時(shí),通過(guò)理論計(jì)算驗(yàn)證了該微操作方法的可行性。此外,也進(jìn)行了多種形狀(三角形、五邊形、六邊形)微對(duì)象的拾取、轉(zhuǎn)移與釋放操作,進(jìn)一步驗(yàn)證了該微操作方法可實(shí)現(xiàn)柔性拾取,并且適用于多種形狀微對(duì)象的操作。
【學(xué)位授予單位】：陜西科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TG95;O363.2
【圖文】：

基于毛細(xì)力的微操作方法研究操作過(guò)程的可控性尤為重要，這也是目前國(guó)內(nèi)外廣大研究學(xué)者所熱衷的一個(gè)研究方向2016 年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)范增華等人[31]研究了一種在疏水探針的表面通過(guò)制冷凝獲取微量液滴的毛細(xì)力微操作液滴分配方法，如圖 1-1 所示。在探針的端面將空氣氣體冷凝，產(chǎn)生單個(gè)液滴，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)微操作探針進(jìn)行疏水處理與氟化處理，便探針端面形成穩(wěn)定的微量液滴，該液滴在微操作過(guò)程中與操作對(duì)象接觸時(shí)將形成液橋用產(chǎn)生的毛細(xì)力對(duì)微對(duì)象進(jìn)行穩(wěn)定拾取，并且通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法可拾取 500μm球。該方法操作簡(jiǎn)便，但不易于控制單個(gè)液滴的體積量。

如圖1-2 所示。該方案主要是通過(guò)壓電陶瓷來(lái)擠壓中央毛細(xì)管實(shí)現(xiàn)微對(duì)象的拾取與釋放，其中在壓電陶瓷上施加電壓使壓電陶瓷產(chǎn)生切向變形，內(nèi)部液體被擠壓而在壓電陶瓷端面形成微量液滴，操作過(guò)程中微量液滴與微對(duì)象接觸形成液橋，實(shí)現(xiàn)了微對(duì)象的拾取，反之，當(dāng)減小電壓使壓電陶瓷逐漸恢復(fù)變形的過(guò)程中，液橋體積將逐漸減小，與此同時(shí)，施加向上的拉力，毛細(xì)力將隨之減小，實(shí)現(xiàn)了微對(duì)象的釋放。圖 1-2 壓電陶瓷控制的微球體的拾取與釋放[16]Fig.1-2 Picking and Releasing of Microspheres Controlled by Piezoelectric Ceramics[16]2013 年 Fuchiwaki 等人[32]研究了一種用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)微組件的濕鑷，如圖 1-3 所示為

陜西科技大學(xué)碩士學(xué)位論文程。該工具可對(duì)形狀復(fù)雜的微對(duì)象進(jìn)行操作，同時(shí)為了防止對(duì)象姿態(tài)難以控制的問(wèn)題，采用雙鑷子同時(shí)進(jìn)行可靠拾取，作棒穿過(guò)液體來(lái)實(shí)現(xiàn)微量液滴的獲取。該方法操作簡(jiǎn)單，但能通過(guò)改變探針或操作棒的直徑大小來(lái)間接控制單個(gè)液滴的的尺寸具有限制性。

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本文編號(hào)：2766553