数字化微喷射用直列微喷嘴制作工艺

为解决玻璃微管道拉制工艺制作的单孔微喷嘴存在容易脆断,微管道长度不易控制,微喷射效率低等问题,提出了一种新的微喷嘴制作工艺.该工艺延续了微喷嘴拉制工艺中非IC工艺和低成本的制作特点,仍以低流阻的圆截面为喷口形状,通过材料流变运动和冷却时收缩率不同,将多根微管道紧密嵌入到塑料管中;通过毛细腐蚀作用.制作出变内径的锥形管,并实现微喷管长度的控制.制作了内径50 μm的 4 孔微喷嘴和 lO 孔微喷嘴,锥管长为750 μm,微喷管长2.5mm.使用制作的微喷嘴在微流体数字化驱动平台上进行了水性液体在油相和气相中的微喷射实验,制备了 80 μm的微滴和微滴阵列.实验表明,该工艺制作的直列微喷嘴可以在微流体数字化驱动下实现较好的数字化微喷射效果.     

数字化微喷射用玻璃基组合微喷嘴设计及实验

为提高液滴微喷射的喷效率和粉体微喷射的喷射方向性,选用普通硼硅酸盐毛细管和石英玻璃管为原材料,基于稳定的拉制和锻制工艺,设计并制作了直列式组合微喷嘴和同轴式组合微喷嘴.在基于微流体数字化的微喷射实验平台上,利用4×2直列式组合微喷嘴单次喷射得到了形状规则、圆整,大小均匀,无卫星液滴的液滴阵列,液滴平均直径为180 μm;相对于单微喷嘴,直列式组合喷嘴提高了单次微喷射的效率.另外,进行了粉体微喷射实验,相对于单微喷嘴,同轴式组合微喷嘴在相同驱动条件下,出射角由33°减小至10°,成形粉线的宽度由450 μm降低至300 μm.结果表明,同轴式组合微喷嘴中的辅助喷嘴有效地约束了主喷嘴出射的粉体流动,粉体喷射的方向性有显著提高.     

基于微流体数字化技术的微化学反应器

微流体数字化技术利用压电陶瓷驱动器产生的脉冲惯性力来驱动和扰动微流体，实现了微流体的均匀离散和微喷射，具有数字可控性。由此设计了一种数字化微化学反应器，对不同微管道内的流体利用数字化微喷射，实现试样与试剂微液滴间的混合反应。该微化学反应器由玻璃微管道拉制仪拉制的微管道进行粘接组合而成，内部无可动件，无需复杂的微加工技术，结构简单，制造成本低。进行了氢氧化钠溶液和酚酞溶液的混合反应实验，实验证明该化学反应器可以用于微化学反应。     

微流体数字化喷点技术基础实验研究

微流体数字化喷点技术可对低粘度液体的单次喷射体积进行精确的控制,样点直径的变异系数小于8%。不同于现有的微喷点技术,微流体数字化喷点技术具有无热源、无可动件、无外部加压装置、结构简单的特点。本文针对不同粘度的低粘度液体和驱动参数进行了微喷点基础实验研究,并采用微流体数字化喷点技术制作了样点直径在100μm左右的中等密度的微阵列。     

微流体离散点样技术

提出一种制作高密度DNA微阵列的非接触式点样新方法。压电陶瓷低频微振动使得微流体产生均匀的离散和喷射；对微喷嘴内壁进行疏水化处理，从而消除微流体由于湿润作用在微喷嘴内部的自发性流动，使得微喷射具有数字化量可控的特征。通过微流体粘度控制、微喷射速度和微喷射距离的控制消除样点缺陷，获得了均匀的点样样点。通过微喷嘴几何尺寸控制和驱动频率控制获得从飞升到皮升级样点体积，可以用于制作高密度的微阵列。惯性力在微米尺度下仍然起主导作用，可以驱动微流体中微粒的移动，消除微喷嘴堵塞现象。     

纳米银均匀喷射过程的数值计算与仿真

微滴喷射均匀液滴喷射过程受到多种因素的制约,包括压力波幅值、液滴物性(黏度、表面张力等)、喷嘴尺寸等。为深入理解微滴喷射过程机理,基于流体体积法建立了均匀液滴喷射数值模型,研究了压电驱动电压幅值对低粘度纳米银墨水稳定喷射行为的影响。通过数值仿真,给出了驱动电压幅值与液滴断裂长度、液滴飞行速度的数值关系,以及液滴飞行速度与卫星液滴的变化关系。采用27μm喷嘴直径的工业喷头构建微滴喷射系统,低粘度纳米银墨水为喷射材料,通过观测喷印到光面相纸的液滴尺寸及卫星液滴数量对数值模型进行实验验证。结果表明,液滴飞行速度取决于驱动电压幅值,液滴尺寸分布及卫星液滴数量取决于液滴飞行速度,与数值模型相吻合。通过数值模型仿真,针对纳米银墨水物性指标匹配合适的驱动电压幅值,生成均匀液滴流,对微液滴成型的工业化应用具有重要的理论指导意义。     

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。     

玻璃三通微流体管道热流变拉制仪设计及实验

为了获得具有良好微流动特性的圆截面微流体器件,并构建二维裸微结构微流体管道网络,设计了玻璃三通微流体管道热流变拉制仪.在三通微管道拉伸成形过程中,变形区热软化后的V形玻璃毛细管,可在冷却过程中一次性拉制成三通微管道,储液池在拉制过程的同时成型,并与三通管光滑连接.拉制仪可实现等内径和不等内径拉伸.通过对加热时间、拉伸行程和玻璃材料分配系数的调节,可以控制三通微管道各项参数.制备出了内径为67、32和20μm的圆截面三通微管道.它的三根微管道在三通结点处光滑连通;由于表面张力成型,微管道具有较高的表面质量.最后,以三通微管道和一维玻璃微管道为基础单元,组建了微流体管道网络.     

微反应器的制备与试验研究

设计了一种新型微化学反应器,该反应器采用玻璃精细加工技术,结合激光雕刻工艺制成,内部既无可动件又无内嵌式微电路,无须复杂的微加工技术,结构简单,制造成本低;分析了微化学反应的实现机理,通过对微喷嘴施加小幅可控的脉冲惯性力,对不同微流体通过数字化微喷射生成微液滴,在混和腔内碰撞聚合,完成溶液间的微反应。利用微流体数字化技术,对微反应器进行了试验研究,效果良好。     

玻璃三通微流体管道热流变拉制仪的研制

在玻璃三通微流体管道热流变拉伸成形工艺基础上,设计了玻璃三通微流体管道热流变拉制仪。在三通微管道拉伸成形过程中,变形区热软化后的V形玻璃毛细管,在冷却过程中一次性拉制成三通微管道,储液池在拉制过程的同时成型,并与三通管光滑连接。拉制仪可实现等内径和不等内径拉伸。通过对加热时间、拉伸行程和玻璃材料分配系数的调节,可以控制三通微管道各项参数。制备出的三通微管道内径在微米级,三根微管道在三通结点处光滑连通,表面张力成型的微管道具有较高的表面质量。以三通微管道和一维玻璃微管道为基础单元,组建了微流体管道网络。     

基于微喷射技术的药物微粒制备研究简

从数字化微量喷射原理出发,介绍了微量喷射实验系统的结构和控制平台设计;通过微阵列喷点实验,测试了数字化微量喷射实验系统点制阵列和制备微粒的可行性;以聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）为微球／微囊壳材、阿莫西林为主药、聚乙烯醇和吐温作为表面活性剂,应用数字化微喷射技术,并采用内径40um的喷头制备了PLGA微球以及阿莫西林-PLGA微囊;利用单因素法和正交试验法研究了PLGA溶液浓度、驱动电压、喷射频率和搅拌器转速对PLGA微球及阿莫西林-PLGA微囊平均粒径和粒径分布的影响,并得出最优解：同时对微球／微囊表征进行了分析。     

毛细力辅助飞秒激光直写制备各向异性及多级结构

将飞秒激光双光子聚合加工技术和毛细力诱导自组装技术相结合实现了各向异性结构和多级结构的制备。首先,使用飞秒激光双光子加工技术加工出微柱阵列,将微柱置于显影液中显影,然后放置在空气中。在显影液蒸发的过程中,微柱结构单元受到毛细力的作用而弯曲实现自组装。通过控制微柱的高度和直径的不一致性实现了两种各向异性结构制备方法,并成功制备了底层微柱直径分别为2μm和6μm双层结构。由于毛细力的大小和微柱高度无关,且同样端部变形量下较高微柱的弹性回复力小于较低微柱的弹性回复力,更易发生弯曲;直径较大的微柱具有更强的抗弯曲能力,从而引导直径较小的微柱向较大的微柱倾斜,藉此制备了各向异性结构。使用毛细力自组装辅助飞秒激光微纳加工可以实现灵活可控的复杂3D结构的加工,并将在生物医药、化学分析、微流体等领域发挥重要作用。     

A high voltage pulsed power supply for capillary discharge waveguide applications

We present an all solid-state, high voltage pulsed power supply for inducing stable plasma formation (density ～10(18) cm(-3)) in gas-filled capillary discharge waveguides. The pulser (pulse duration of 1 μs) is based on transistor switching and wound transmission line transformer technology. For a capillary of length 40 mm and diameter 265 μm and gas backing pressure of 100 mbar, a fast voltage pulse risetime of 95 ns initiates breakdown at 13 kV along the capillary. A peak current of ～280 A indicates near complete ionization, and the r.m.s. temporal jitter in the current pulse is only 4 ns. Temporally stable plasma formation is crucial for deploying capillary waveguides as plasma channels in laser-plasma interaction experiments, such as the laser wakefield accelerator.     

Imprinting a needle array on a polycarbonate substrate

A micro-needle array was fabricated on a polycarbonate (PC) substrate using an electroformed-Ni mold with a conical concave pattern. The diameter and length of each needle were 50 μm and 135 μm, respectively. The needle array pattern of the electroformed-Ni mold was produced by combining a grayscale mask for X-ray lithography with Ni electroforming technology. The X-ray grayscale mask was composed of Si absorbers and a SU-8 membrane. Each Si absorber had a three-dimensional cone shape rather than a rectangular shape. Threedimensional Si structures were formed to etch an active Si layer in a silicon-on-insulator wafer using a taperedtrench etching technology. Beamline BL-4 in the TERAS synchrotron radiation facility at AIST was used for the Xray lithography experiments. X-rays that penetrated the X-ray grayscale mask irradiated a polymethylmethacrylate (PMMA) sheet. Pt was deposited on the PMMA structure after developing, and Ni was electroformed on it. The electroformed-Ni object was processed by grinding to complete a Ni mold. Finally, the micro-needle array was fabricated by thermal-imprinting on a 0.5-mm thick PC sheet with the electroformed Ni mold.     

微细电解加工用中空电极的制备

为了改进加工间隙内电解产物的排出条件和加速电解液的更新,提出了一种嵌套式微细中空电极的精确可控焊接制备工艺。仿真分析了电极的过流特性,优化了电极长度,并进行了性能测试及加工实验。通过穿丝、黏结、嵌套尺寸及位置调整和焊接工序,制备出加工段内径为65μm、外径为130μm、长3.25mm左右,后段便于装夹和连通的嵌套式中空电极。在供液压力为1.15 MPa时,其出口流速可达10m/s左右。利用制备的中空电极,开展微细孔电解加工实验,在0.5mm厚不锈钢片上加工出最小入口孔径约为157μm,出口孔径约为133μm的微细孔,并将其延伸应用于微结构加工中,铣削出了长554μm、宽160μm、深224μm的微细T型槽。实验结果表明:制备的微细中空电极有效提高了加工间隙内电解液的流动特性,且连/导通可靠、装夹方便,适用于高深宽比微结构的电解加工。     

Note: femtosecond laser micromachining of straight and linearly tapered capillary discharge waveguides

Gas-filled capillary discharge waveguides are important structures in laser-plasma interaction applications, such as the laser wakefield accelerator. We present the methodology for applying femtosecond laser micromachining in the production of capillary channels (typically 200-300 μm in diameter and 30-40 mm in length), including the formalism for capillaries with a linearly tapered diameter. The latter is demonstrated to possess a smooth variation in diameter along the length of the capillary (tunable with the micromachining trajectories). This would lead to a longitudinal plasma density gradient in the waveguide that may dramatically improve the laser-plasma interaction efficiency in applications.     

Fabrication of microgrooves on a curved surface by the confocal measurement system using pulse laser and continuous laser

In order to fabricate microgrooves on a curved surface, the curved surface was measured with a confocal system and then it was used for laser microprocessing. This paper proposes a new method of using a pulse laser for the confocal system to measure the curved surface. It also compares the conventional way of using a continuous laser and a new way of using the pulse laser with the confocal system. Using the data measured with the pulse laser for fabrication, microgrooves were fabricated on a curved surface. The width of the fabricated microgroove was 10 μm and the depth was 27 μm. The microgroove fabricated on a curved surface as a part of this study can be used in injection molding to manufacture a micropatterned plastic surface at a low cost. This plastic surface can be applied for a superhydrophobic surface, a self-cleaning surface, or a biochip.     

锥形件电磁成形试验研究

对利用平板件电磁成形工艺在有模具时成形锥形件进形试验研究，分析了利用锥形凸模成形时，坯料直径和模具锥度对成形质量的影响；分析了利用锥形凹模成形时，坯料的变形特点；提出了电磁整形工艺方案。