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Hot embossing of micro energy director for micro polymer fusion ultrasonic bonding
  • ISSN号:1005-9113
  • 期刊名称:Journal of Harbin Institute of Technology
  • 时间:0
  • 页码:139-142
  • 分类:TH706[机械工程—仪器科学与技术;机械工程—精密仪器及机械] TB559[理学—物理;理学—声学]
  • 作者机构:[1]大连理工大学辽宁省微纳米技术及系统重点实验室,辽宁大连116023
  • 相关基金:国家自然科学基金资助项目(No.50975037);国家973重点基础研究发展计划资助项目(No.2011CB013105)
  • 相关项目:聚合物微纳结构超声波压印产热机理与成形关键问题研究
中文摘要:

提出了基于硅模具的热辅助超声波压印成形方法,用于高效率、高精度地复制热塑性聚合物微结构。该方法利用作用于聚合物基片与模具间的超声波振动,快速升高界面温度,以达到聚合物的成形温度。为了降低破坏模具的风险,将模具预热到低于玻璃点转化温度(Tg)以下35℃至50℃之后再施加超声波进行成形。最后,通过正交实验研究了超声振幅、超声波压力、超声波时间、热辅助温度以及聚合物基片厚度对压印结果的影响,揭示了超声波压印工艺的成形机理。实验结果表明,热辅助温度对压印影响最大,其次为超声波振幅,而超声波压力是影响复制均匀性的最重要的参数;薄的聚合物基片在同样的超声波参数和模具结构下更容易成形。通过优化参数,对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基片的深度复制精度达到了99%,复制周期小于50s。研究表明,热辅助超声波压印成形效率高,是一种具有批量制造潜力的聚合物微结构成形方法。

英文摘要:

A thermal-assisted ultrasonic embossing method was proposed based on silicon molds to replicate thermoplastic substrates in a low cost and high efficiency.The ultrasonic vibration was applied to the mold-polymer interface to heat the polymer rapidly to the embossing temperature.To reduce the risk of damaging the mold,the die was preheated to a temperature which is 35-50℃ below the glass transition temperature(Tg)of the polymer.Then,the influences of the ultrasonic amplitude, ultrasonic force,ultrasonic time,and the thermal-assisted temperature were studied by orthogonal array experiments to reveal the mechanism of ultrasonic embossing.The influence of the substrate thickness was also investigated.The experimental results show that the most important parameter for replication is the thermal-assisted temperature,follows by the ultrasonic amplitude.Moreover,the ultrasonic force is the most important parameter for replication uniformity,while the thinner polymersheets are more conducive to be replicated under the same circumstances.With the optimized parameters,the replication accuracy has reached 99%on a Polymethyl Methacrylate(PMMA)substrate,and the cycle time is less than 50s.All theses studied show that thermal assisted ultrasonic embossing has high replication efficiency and is a potential way to mass formation of polymer microstructures.

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期刊信息
  • 《哈尔滨工业大学学报:英文版》
  • 主管单位:工业和信息化部
  • 主办单位:哈尔滨工业大学
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  • 国际标准刊号:ISSN:1005-9113
  • 国内统一刊号:ISSN:23-1378/T
  • 邮发代号:14-263
  • 获奖情况:
  • 2000年获黑龙江省科技期刊一等奖,2012年获科技类“2012中国国际影响力优秀学术期刊...
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),德国数学文摘,荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,日本日本科学技术振兴机构数据库
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