聚合物類固態(tài)微熱壓印過程中本構(gòu)關(guān)系的研究.pdf

1、目前，微納光學(xué)器件、流體器件、微反應(yīng)器、微散熱器等功能器件，以及超疏水材料、抗光反射材料、導(dǎo)電/導(dǎo)熱復(fù)合材料等功能材料在生物醫(yī)學(xué)，汽車制造，信息通訊等眾多領(lǐng)域已有越來越多的應(yīng)用。微熱壓印方法作為典型的聚合物微納制造技術(shù)之一，是推動(dòng)“中國制造2025”創(chuàng)新發(fā)展，持續(xù)進(jìn)步的源泉與動(dòng)力。在聚合物微納制造快速發(fā)展的背景下，在類固態(tài)等溫?zé)釅河》椒s短熱壓印周期的研究基礎(chǔ)上，本文以實(shí)驗(yàn)、模擬與理論分析相結(jié)合的研究方法，針對(duì)類固態(tài)微壓印過程中存在的一

2、系列復(fù)雜本構(gòu)關(guān)系等機(jī)理性的基礎(chǔ)科學(xué)問題，通過納米壓痕實(shí)驗(yàn)、蠕變實(shí)驗(yàn)、應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)，微結(jié)構(gòu)熱壓印實(shí)驗(yàn)，建立本構(gòu)模型，松弛模型，以及DEFORM、ABAQUS有限元模擬等研究手段，探究類固態(tài)微壓印充模、保壓、脫模不同階段的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料的本構(gòu)關(guān)系，應(yīng)力松弛特性對(duì)微結(jié)構(gòu)制品復(fù)制精度的影響規(guī)律。
　　通過PMMA類固態(tài)熱壓溫區(qū)的納米壓痕實(shí)驗(yàn)結(jié)果，建立一階單指數(shù)本構(gòu)模型，以表征類固態(tài)溫度區(qū)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。并將其用于DEFO

3、RM模擬軟件材料屬性的確定，進(jìn)行了類固態(tài)微納壓印充模過程的數(shù)值模擬，進(jìn)而合理優(yōu)化壓印工藝參數(shù)。
　　使用自行搭建的拉壓蠕變松弛儀進(jìn)行PMMA類固態(tài)溫區(qū)的蠕變實(shí)驗(yàn)，從廣義開爾文模型、標(biāo)準(zhǔn)線性體模型、三元件修正模型中篩選出非線性擬合程度高的三元件修正模型得到蠕變?nèi)崃勘磉_(dá)式。另外，對(duì)V形槽結(jié)構(gòu)制品和微透鏡結(jié)構(gòu)制品進(jìn)行了常溫蠕變實(shí)驗(yàn)，表明常溫蠕變很緩慢，在足夠長的時(shí)間內(nèi)對(duì)壓印成型微結(jié)構(gòu)的幾何特征和光學(xué)性能無顯著影響。
　　根據(jù)應(yīng)力松