微棱锥阵列薄膜UV压印成型及光学特性研究

采用UV压印固化成型的方法制备具疏水性的微棱锥阵列减反薄膜,并设计正交试验探究了各工艺对其微观结构成型的影响,得到复形度高的微棱锥阵列薄膜的优化方案(压强0.5～0.8 MPa,充型时间30 s,光固化时间1 min).通过对其减反性能分析,所制备的微棱锥阵列薄膜比无织构的平膜加权反射率低5％,分析各影响因素发现抑制气泡缺陷,并控制微棱锥特征结构参数高度和侧面夹角精度可使微织构薄膜减反能力相比提高21％,同时织构膜水滴接触角表明其具有自洁性.     

约束面投影成型基底表面微织构特征对固化层分离力的影响

针对约束面投影成型工艺中固化层自基底分离过程中分离力过大而影响成型效率、可靠性的问题,提出采用微织构化PDMS膜作为约束基底以减小分离力的方法.采用双线性内聚本构模型对固化层自基底分离过程进行了数值模拟,探究了不同微织构形状(圆形、方形、三角形)、面积率、高度对黏附力的影响规律,结果表明,三角形微织构阵列更有利于减小黏附力;黏附力随织构面积率的增大而增大;不同微织构高度对黏附力的影响效果较小.利用硅基模具ICP刻蚀结合微模铸工艺制备了表面具有不同微织构形状及阵列间距的PDMS膜,并对不同基底微观织构条件下固化层自基底的分离力进行了试验研究,试验结果与数值计算结果吻合较好.在最佳织构特征条件(微织构形状为三角形、间距15μm、高度为10 μm)下,相对于光滑平膜,固化层从织构化基底表面的剥离力减小了约60％.     

激光直写法制备仿刚毛微纳阵列的研究

提出一种采用激光直写技术制备微纳阵列的新方法来制备仿壁虎刚毛二级结构微阵列。该制备过程由计算机控制完成。实验制备出具有不同几何尺寸的一级结构阵列,并在此基础上探索制备二级结构微阵列的三种方案,其中,“自上而下”的方案通过对曝光时间和显影时间的控制使第二级结构扎根于第一级结构中,有效提高了两级结构间的连接强度。制备实验的同时,分析了曝光时间、显影时间等参数对阵列制备的影响。激光直写制备微纳阵列的方法具有高效率、低成本的优点。     

新型减反膜的设计与制备

根据近年来实际应用中对减反膜的新的需求和指标要求,利用光学薄膜设计软件进行模拟和理论分析,采用常规的薄膜工艺和设备进行大量实验,设计并制备出三种新型的减反膜:含金属膜的减反膜(包括窄带金属减反膜,宽带金属减反膜,减反防静电抗电磁辐射膜),超低反射率减反膜和大角度减反膜,满足了实际器件的应用要求。     

微拱形阵列导光板快速热压成型与微光学应用

微透镜阵列热压精密成型需要时间保温,生产效率较低。因此,提出在模芯加热表面的微沟槽阵列上对聚合物导光板进行热压,使工件热变形的微米尺度表面层流入微沟槽空间内,快速形成微拱形透镜阵列,而保证工件主体不变形。目的是实现高效率和低能耗的微光学透镜阵列热压成型加工。首先,针对导光板表面的微阵列结构和尺寸分析其微光学性能;然后,使用微磨削技术在模芯表面加工出高精度和光滑的微沟槽阵列结构;最后,研究微拱形阵列的快速精密成型工艺及微光学应用。微光学分析显示,微阵列的高度和分布密度对出光面的光照度影响较大。热压工艺实验结果表明,采用深度为104μm和角度为121°的微沟槽阵列模芯,在12 MPa的压力和110℃的温度下,可以在3s内将高度为50μm的3D微拱形阵列导光板快速精密热压成型。本文方法制作的87mm×84mm的导光板,与市面具有2D点阵且高度为8.2μm的丝网印刷导光板相比,光照度提高了21%,光照均匀度提高了27%。本文研究将促进微光学精准设计和制造在LED照明产业的应用。     

复合工艺制备的表面微凹坑织构的摩擦性能研究

在构建的激光电化学复合微加工系统上,采用皮秒脉冲激光辐照与电解刻蚀复合加工方法在7075铝合金表面制备出不同尺寸的阵列凹坑微织构。采用共聚焦显微镜观测复合加工织构试样表面形貌,采用MFT-5000型RTEC摩擦磨损试验机研究润滑条件下凹坑织构的摩擦学性能,并探讨直径、深度、面积密度对减摩性能的影响。结果表明:复合加工工艺制备的表面微织构具有良好的表面形貌;润滑条件下材料表面的凹坑型织构能显著改善其摩擦学性能,相比光滑表面最高可降低摩擦因数30%;在实验参数范围内,凹坑的直径与面积密度对材料表面摩擦性能影响较大,凹坑深度对摩擦性能影响较小。     

微织构刀具研究现状及展望

针对微织构刀具切削性能的研发现状,介绍了微织构刀具减磨机理,给出了微织构制备方法及特点,分析了微织构形式及其对切削性能的影响,展望了微织构刀具的发展趋势。     

微特征结构对导光板翘曲变形的影响

为研究不同微特征结构对导光板翘曲变形的影响,以导光板翘曲变形为质量目标,利用Moldflow MPI5,首次仿真研究了尺寸规格为11×3×0.8的导光板上5种不同微特征结构阵列(V型凹槽阵列、U型凸槽阵列、金字塔阵列、圆环阵列以及微透镜阵列)在不同工艺参数下对导光板翘曲变形的影响。仿真结果表明,微凸点微结构阵列影响最大,微圆凸点阵列导光板最大翘曲量为0.039 7 mm, 圆环微结构阵列影响最小,相同工艺参数下圆环微结构阵列导光板最小翘曲量为0.028 2 mm,两者相差最大达40.78%,而且凹结构微特征阵列对导光板翘曲量的影响幅度总是小于凸结构微特征阵列。结论认为,在导光板设计阶段就应考虑不同微结构特征对导光板注射成型翘曲变形的影响并优先选用圆环等凹结构微特征阵列,以减少导光板注射成型的翘曲量。     

微织构对硬质合金表面摩擦性能的影响

微织构是一种有效地改进表面摩擦性能和提高表面承载能力的措施.为了研究微织构在刀具减磨技术方面的应用,本文在WC-Co硬质合金材料表面制作出微坑阵列,与Ti6Al4V构成摩擦副,在微量润滑(MQL)条件下进行摩擦磨损试验.研究发现:红MQL条件下,微织构对WC-Co/Ti6Al4V摩擦副具有一定的减磨效果,低速高载和高速...     

表面微坑织构刀具结构强度的有限元仿真

在月具前刀面置入微织构能够改善刀屑间的摩擦状况,提高刀具的切削性能.为了研究表面织构的置入对刀具的应力、变形等产生的影响,本文针对微坑阵列结构,通过有限元软件ABAQUS对表面微坑织构刀具的结构强度进行仿真.结果表明:微坑的置人在一定程度上降低了刀具强度,增大了刀尖变形.在本文的研究范围内,与微坑深度、间距相比,微坑直...     

组合型微织构化铝合金表面的摩擦学性能研究

为改善铝合金的摩擦学性能,运用有限元方法对单一方形凹坑、条形凹槽、方形凹坑和条形凹槽组合3种不同形貌织构摩擦副间润滑油膜承载能力进行仿真分析,并探究不同织构尺寸对油膜承载能力的影响。仿真结果表明：方形凹坑和条形凹槽组合织构润滑油膜承载能力最佳。采用脉冲Nd:YAG激光器在铝合金试件表面加工出具有规则形貌的方形凹坑和条形凹槽组合的织构阵列,借助CFT-I型高速往复摩擦磨损试验机进行摩擦试验,研究织构几何尺寸对摩擦副接触面间摩擦学性能的影响规律,并利用超景深显微系统对试件磨损表面的形貌进行观测。试验结果表明：组合织构化表面的平均摩擦因数与无织构表面相比明显减小,且波动幅度较小;当织构尺寸为80μm时,织构表面的摩擦因数最小,且试验得到的基体表面磨痕深度随织构尺寸的变化规律,与仿真计算得到的润滑油膜升力系数的变化规律相吻合,为微织构参数设计提供了一定的理论依据。     

微流体数字化技术制备聚合物微透镜阵列

基于微流体数字化技术搭建了聚合物微透镜阵列按需喷射制备实验系统。以UV固化胶为喷射材料,将其按需喷射到镀有疏水化薄膜的玻璃基片上,在界面张力和疏水化效应的作用下,形成平凸状的微液滴,再经紫外光固化后形成微透镜阵列。实验研究了系统参量对稳定微喷射与微透镜直径的影响,稳定微喷射出了黏度值为50×10-3 Pa·s的UV胶,制得了最小直径达25μm的微透镜,进而制备出了直径变异系数C·V达0.64%、焦距均匀性误差为1.7%的15×15微透镜阵列。微透镜在扫描电子显微镜下具有较好的表面形貌,采用白光干涉/轮廓仪(VSI模式)测得其轮廓算术平均偏差Ra为247.99nm(扫描区域:29.4μm×39.3μm),扫描区域轮廓曲线平滑。通过微透镜阵列的成像实验,得到了微透镜阵列所成的清晰实像。实验结果表明,采用微流体数字化技术进行聚合物微透镜阵列的按需喷射制备过程简单、成本低廉、工艺参数稳定;制备的微透镜阵列几何与光学性能优越。     

扫描射流掩膜电解加工微坑阵列试验研究

表面织构在摩擦学、热能交换以及生物医学等许多领域发挥重要作用,其中微坑阵列是常用的表面织构。为了能在金属表面制造出微坑织构,对掩膜电解加工微坑阵列的文献进行了研究与分析,在分析了射流掩膜电解加工技术的基础上,提出使用一种扫描射流掩膜电解加工的方法,利用光刻胶做掩膜,成功地在不锈钢上加工出海量微坑阵列。设计实验,探究了电压、扫描速度对微坑尺寸、深径比、侧蚀系数和一致性的影响规律。最后,优选实验参数,用加工电压30V、描速度2mm/s加工出22500个微坑阵列。     

微纳材料填充的气缸套微织构表面抗拉缸性能实验研究

为了探究填充微纳材料的气缸套微织构表面的抗拉缸性能,在气缸套试样表面进行微织构并分别填充蛇纹石和二硫化钼微纳颗粒,然后通过往复式摩擦磨损试验机考察气缸套试样的抗拉缸性能。结果表明:微织构填充微纳材料的气缸套试样的摩擦因数低于单微织构及机械珩磨的气缸套试样;表面微织构并填充微纳材料能较大幅度提高气缸套试样的抗拉缸时间,且较大尺寸的微织构对抗拉缸时间的影响更明显;在同等尺寸微织构条件下,填充不同微纳材料对抗拉缸时间的影响不明显。微织构并填充微纳材料气缸套试样抗拉缸性能的提高,是微织构收集磨粒、填充微纳材料的自身结构性能以及微纳颗粒的微轴承和微抛光共同作用的结果。     

微透镜阵列莫尔放大作用及其防伪特征的研究

为了研究微透镜阵列防伪膜的工作原理和防伪作用,首先,从最基本的莫尔条纹相关理论着手,推导出有关莫尔条纹特性的公式;然后,再将微透镜阵列防伪膜的微透镜阵列和微缩文字阵列看作两个具有固定周期的光栅,将莫尔条纹相关公式应用到微透镜阵列防伪膜上,研究了莫尔放大作用和透镜放大作用的匹配问题;最后,通过实验制备出了样品,得到了微透镜阵列防伪膜制备过程中的关键因素。     

基于维氏金刚石针尖制备复合SERS基底的技术研究

基于维氏金刚石针尖的连续压痕加工方法,在铜基石墨烯表面上成功地制备出了阵列的四棱锥形压痕结构。随后,在结构化的铜基石墨烯表面涂覆一层金膜以作为复合SERS基底。实验结果表明,通过改变相邻间距的四棱锥压痕重叠形成不同形状的阵列微/纳结构,且该微纳结构对带有金膜的铜基石墨烯基底的拉曼强度有影响。在制备微纳结构的过程中,石墨烯出现了堆叠的现象,且随着加工间距的减小,石墨烯的层数有逐渐增加的趋势。其次,通过改变相邻两个压痕之间的间距四棱锥压痕的深宽比（S）对R6G分子的拉曼强度有明显的影响。其中,当S为0.043时,检测R6G分子610 cm^-1特征峰的最大拉曼强度为1 439 counts。在压痕的材料堆积处及压痕的内部检测R6G分子拉曼强度的标准偏差分别为6.16%和9.19%。在检测农药残留方面,采用该复合基底检测百草枯和西维因的分辨率分别为10^-5mol/L和10^-6mol/L。该方法是一种可靠的及成本低的制备复合SERS基底的方法,且能够实现对农药残留的低浓度检测。     

导光均光微槽透镜阵列精密磨削及其热压微成型

薄壁LED照明依赖丝网印刷的微阵列导光板,但其表面油墨点阵易老化,且微结构很难优化。因此,在导光板表面设计出高斯分布的空间微槽透镜阵列,并采用数控微磨削技术对其进行加工,替代市面丝网印刷的2D微圆阵列。首先,用微光学原理模拟导光板导光效率和出光均匀度,优化微透镜阵列的形状、尺寸和分布。利用金刚石砂轮微尖端在PMMA导光板表面精密磨削出微透镜阵列,检测其导光效率及均匀性。最后,利用微磨削加工的微阵列成型钢模芯开发微透镜阵列的快速热压微成型工艺。微光学分析表明,微槽透镜阵列比微方形透镜阵列和微半球透镜阵列分别提高导光效率6%和15%。而且,微槽透镜阵列变间距高斯分布比等间距分布提高导光效率32%,提高出光均匀度73%。试验结果显示,微磨削可以控制微槽透镜阵列加工的表面质量和形状精度,应用于LED导光板后比丝网印刷的导光板提高导光效率7%和出光均匀度9%。此外,开发3 s的快速热压微成型工艺,可以加工出变间距和变深度的微槽透镜阵列,比丝网印刷的微圆阵列提高照度26%和出光均匀度49%。因此,微空间结构优化的微槽透镜阵列比丝网印刷的2D微圆阵列可附加出更高的微光学应用价值。     

阳极氧化工艺及改性对TiO2纳米管阵列薄膜疏水性的影响

采用阳极氧化法在钛片表面制备TiO 2纳米管阵列薄膜,研究了不同氧化电压(15～25 V)和时间(0.5～2 h)下薄膜的微观结构;采用硬脂酸对其进行改性,分析了薄膜改性前后的润湿性能.结果表明:TiO 2纳米管平均管径和管间距随氧化电压增大而增大,随氧化时间的变化不明显,而表面结构均匀性则受氧化时间影响,氧化2 h的结构均匀性较好;改性前薄膜表面呈亲水性,改性后呈疏水性,且改性前越亲水则改性后越疏水;氧化时间对改性薄膜水接触角的影响较大,不同电压下阳极氧化2 h制备得到薄膜改性后均呈超疏水性,20 V/2 h下制备得到薄膜改性后的平均水接触角最大,可达159.7°.     

BTA深孔钻的微织构制备与钻削试验研究

针对钻削过程中,深孔加工刀具磨损严重的问题,提出在BTA深孔钻刀齿的前后刀面上加工出不同尺寸参数的表面微织构的思路,制备了表面微织构BTA深孔钻;通过深孔钻削试验,分析了微织构宽度与微织构间距对BTA深孔钻刀齿钻削性能的影响,并检验了后刀面加工表面微织构的可行性,为表面微织构技术在深孔钻削领域的应用提供了基础依据。     

仿生微织构对刀具切削性能影响的有限元分析

仿生摩擦学的相关研究表明,高性能的表面微织构具有良好的减摩抗磨性能.本文利用ABAQUS软件,对无微织构和有微织构硬质合金刀具的二维直角切削过程进行了有限元分析.仿真试验表明:一定尺寸的沟槽微织构可以有效改善刀—屑摩擦过程中的应力分布状况,减少应力集中现象,既提高了刀具的减磨性能,同时还可以降低20％左右的切削力.然后,采用激光加工方法在YG8硬质合金刀片的前刀面置入不同宽度的沟槽微织构,在一定载荷条件下进行摩擦磨损试验.试验发现:沟槽型微织构可以有效地降低硬质合金刀面的摩擦系数,并且不同宽度的沟槽其减摩效果是不一样的.