基于改性MWCNTs/PDMS柔性应变传感器的制备和研究

针对当前柔性应变传感器响应范围小、灵敏度低和稳定性差等问题,以多壁碳纳米管(MWCNTs)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)为主体材料,制备出可印刷的导电复合油墨。为了提高MWCNTs在PDMS中的分散性,以获得具有高导电性和高印刷性的导电复合油墨,用硅烷偶联剂(KH570)对MWCNTs进行改性。改性后的MWCNTs/PDMS复合材料的导电性能和印刷效果有很大程度的提升。所制备的柔性应变传感器在获得较大应变范围(160%)的同时,也具有较高的灵敏度(74.1),此外,传感器还具有较好的稳定性(可进行1 000次循环加载)。将该传感器应用于人体运动监测,可准确检测到手指弯曲的变化。     

嵌段共聚物F68增韧改性PMMA的性能

采用嵌段共聚物F68对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)进行原位增韧改性,研究了改性PMMA的力学性能、光学透明性和断面形貌,并探讨了其改性机理。结果表明:F68对PMMA有较好的增韧作用,随着F68含量的增加,改性PMMA的冲击强度不断增大,当F68的质量分数为20%时,其冲击强度提高了117.61%;改性PMMA的储能模量在玻璃化转度温度以上时随着F68含量的增加不断增大,而损耗因子的峰值温度逐渐降低;改性PMMA具有较好的光学透明性能,当F68的质量分数在20%以内时,改性PMMA透光率的降低小于2%。     

PDMS/GO@Fe3O4海绵顶空固相萃取结合GC-MS分析薰衣草中挥发性成分

建立了一种基于PDMS/GO@Fe₃O₄海绵复合材料结合GC-MS的新型微波辅助顶空(HS)固相萃取技术,实现了对薰衣草中微量挥发性成分的快速提取及分析。成功制备了PDMS/GO@Fe₃O₄海绵复合材料。通过单因素实验法确定HS-PDMS/GO@Fe₃O₄的最佳实验参数,同时对该方法进行方法学考察。获得的最佳萃取条件为:GO@Fe₃O₄负载量2.4 mg,微波功率600 W,微波时间10 min,萃取溶剂为正己烷。薰衣草精油中6个代表性化合物(芳樟醇、萜品烯-4-醇、乙酸芳樟酯、乙酸薰衣草酯、石竹烯和石竹烯氧化物)的线性范围为7.5~120 ng,相关系数(R²)大于0.998 8,检出限(LOD)为0.14~0.33 ng,定量限(LOQ)为0.50~0.80 ng,相对标准偏差(RSD)小于6.36%。所建立的HS-PDMS/GO@Fe₃O₄方法具有较高的灵敏度,每次分析仅需要10 mg薰衣草样品。在最佳萃取条件下,分析2个采摘批次的18个薰衣草样品的挥发性成分,共鉴定出52个化合物,并采用主成分分析法(PCA)对不同采摘批次的薰衣草样品进行分析。结果表明,微波辅助HS-PDMS/GO@Fe₃O₄集萃取及富集过程一步完成,是一种快速、简单、灵敏的分析方法,适用于分析天然产物中的挥发性成分。     

膜厚对热处理聚二甲基硅氧烷薄膜表面润湿性的影响

针对聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜润湿性这一重要表面特性,通过旋涂法制备不同厚度PDMS薄膜,通过接触角测量、表面形貌观测、薄膜厚度分析、红外化学光谱分析等方式对热处理前、后PDMS薄膜表面润湿性及其物理、化学状态进行表征分析,探究膜厚因素对最终热处理后PDMS薄膜润湿特性的影响机理.研究表明,不同厚度状态下热处理后H...     

辅助溶剂对PMMA微流控芯片模内键合的影响

为了提高聚合物微流控芯片的键合效率,以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微流控芯片为对象,以微型注塑机为平台,研究了聚合物模内键合方法.利用注塑机提供的合模力作为键合力,利用模温机提供键合温度,选择异丙醇作为辅助溶剂,借助溶剂溶解特性来降低模内键合中的键合温度和压力.在30～70℃,用测量显微镜和台阶仪测试分析了不同键合温度条件下,辅助溶剂对芯片的表面形貌和微通道结构的影响;利用辅助溶剂进行模内键合实验,用电子万能实验机测试了芯片的键合强度,对模内键合工艺参数进行了优化.结果表明:异丙醇对键合质量的影响与键合温度、键合时间有关,在较高温度下会使芯片产生皲裂、微沟槽变形和堵塞;在键合温度为35℃,键合时间为5 min时,芯片的表面质量和微沟槽形貌较完整,键合强度不小于2.64 MPa.     

面向微流控封装应用的PDMS表面无裂纹改性

基于PDMS的微流控系统的键合封装技术需要PDMS表面具有良好的粘合力和亲水性,作为PDMS表面改性技术,等离子体处理工艺(Plasma)具有高效、快捷、操作简单等特点,但它存在"回复"和裂纹问题。文中介绍了一种结合Plasma和表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)的二次处理工艺。先利用Plasma技术对PDMS表面进行无裂纹亲水处理,再利用十二烷基硫酸钠溶液对其表面进行二次处理。既可以避免PDMS表面出现裂纹,又可以使PDMS表面亲水性长久的保持。通过实验验证,两次处理后接触角减小为21°,表面粗糙度达到1.71 nm,且表面无裂纹,并经过键合测试后,经过二次处理的PDMS与玻璃和PDMS实现了长久的键合,验证了该工艺技术可行,为微流控系统的键合封装提供了技术基础。     

湿法腐蚀硅制作PDMS微流控芯片

提出一种制作聚二甲基硅氧烷(PDMS)微流控芯片的方法。用15%四甲基氢氧化铵溶液各向异性腐蚀硅(100)制作模具,然后经过浇模,中真空键合得到PDMS微流控芯片。整个过程耗时约10 h。用SEM和激光共焦显微成像系统观察整个制作过程。分析了硅片模具及PDMS微流控芯片图案的一致性及粗糙度,结果表明硅片模具图案的相对标准偏差低于3%,表面粗糙度Ra是0.051 μm,PDMS微流控芯片相应的分别是1%和0.183 μm。用PDMS微流控芯片进行电泳分离试验,分离场强200 V/cm,在4.7 cm长的分离通道中,30 s内成功分离了四苯磺酸基卟啉(TPPS)和羧基钴酞菁(TCPcCo(Ⅱ))的混合样品。     

热压法快速制作微流控芯片模具

提出了一种微流控芯片模具的快速批量制作方法。应用光刻与湿法腐蚀技术制作玻璃母模,然后采用热压成形技术批量制作聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)阳模,再利用阳模浇模、键合批量制作聚二甲基硅氧烷(PDMS)微流控芯片。结果表明,该法制作的PMMA模具及复制得到的PDMS芯片平整度好、一致性高,其沟道宽度和深度的相对标准偏差分别小于0.5%和1.5%。     

液氮射流冲击冷却聚二甲基硅氧烷的温度场仿真和实验研究

为探究低温微磨料气射流加工聚二甲基硅氧烷(PDMS)微流道过程中PDMS试样受液氮射流冲击冷却的温度变化和分布,提出了测温实验Beck反求算法拟合APDL温度场仿真的系统研究方法,仿真结果与测温结果的误差仅1.735%。仿真发现,表面到达明显脆化温度-147℃需要5.747 s,说明PDMS无法在接触液氮的瞬间就达到可加工的脆化状态,有必要重视加工前的预冷却时间;又通过仿真数据拟合了PDMS冷却至-147℃的冷却速度,以冷却速度为参考预测了实际加工中所需的预冷却时间。对比冷却速度发现,距PDMS试样表面0～100μm深度范围内的冷却速度比0～1500μm深度范围内冷却速度快22.054%,PDMS试样放置在铝合金工作台上的冷却速度比绝热工作台上快22.311%。     

适用于压力驱动的PDMS/玻璃复合微流控芯片的制作

改进了适用于压力驱动的PDMS/玻璃复合微流控芯片的制作方法,可在20min内制作出厚度均匀、大小一致的PDMS芯片。通过对PDMS盖片进行光学处理后,既改善其表面的亲水性,又可与玻璃基片进行不可逆封接。通过在芯片储液池部位安装压驱入口接头,使注射泵或蠕动泵的流体运输管道与芯片微通道实现良好接合,操作简便、死体积小。是一种适用于以细胞分析为目的的微流控芯片构建方法。     

不同映射中心的PMMA粗粒化分子动力学模型

建立了基于分子动力学的聚合物粗粒化模型,用于从介观尺度分析聚合物在微纳通道内的流动状态.首先,采用Materials Studio软件构建了全同异构的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)全原子模型,并基于该模型建立了不同映射中心的粗粒化初始模型.对全原子模型进行结构优化和动力学分析,获得了体系的势能统计规律,并采用高斯拟合函数与玻尔兹曼变换方程得到粗粒化力场的初始参数.随后,根据键伸缩势、键弯曲势、非键结势等各项势能的相对强度和相互影响关系,依次迭代并修正力场解析式,获得优化后的粗粒化模型.最后,统计了粗粒化模型中的均方末端距和均方回转半径等静态特性,并与全原子模拟进行对比验证,结果显示二者之间的相对偏差分别为0.68％和6.6％.研究结果表明,映射中心的选取对模型参数有较大影响;优化后的粗粒化模型能很好地吻合全原子模拟下的统计规律,能用于分析和解释纳注射成型中的流动传质问题.     

聚甲基丙烯酸甲酯材质硬X射线组合Kinoform透镜的制作

为提高硬X射线聚焦元件的聚焦性能,利用LIGA(Lithographie,Galvanoformung,Abformung)技术,制备了深度为60μm的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材质硬X射线组合Kinoform透镜(CKL),并获得了良好的面形。制备的CKL以宽度为几个微米的细窄线条为主要结构,包括曲面和直角面形,线条最窄宽度为2μm。为保证CKL良好的曲面及直角结构,样品制备分为三部分:过渡掩模板的制备,LIGA掩模板的制备,以及最终样品的硬X射线曝光制备。在LIGA掩模板制备过程中,采用制备有纳米柱阵列的硅衬底有效解决了光刻胶脱胶的问题。在最终样品制备过程中,选用分子量较高的PMMA片作衬底,提高了PMMA刚度,有效缓解了细窄线条的倒塌黏连问题,保证了CKL的良好面形。在北京同步辐射光源(BSRF)成像站测试了CKL透镜的性能,结果显示其对于8keV的X射线,聚焦焦斑的半高全宽(FWHM)为440nm。     

A systematic study of maghemite/PMMA nano-fibrous composite via an electrospinning process: Synthesis and characterization

In this study, maghemite/PMMA nano-fibrous composites have been successfully fabricated by using the electrospinning process. PMMA nano-fibres have been selected to be used as the matrix; the PMMA was dissolved in three diverse solvents (Acetone, THF and DMF) in order to obtain fine PMMA nano-fibres. As a result, the PMMA–DMF proved to be the most appropriate polymer solution among the three solvents, with its impressive defect-free surface morphology results. The production of maghemite using Massart’s procedure resulted in nano-particles with an average diameter of 4.98 ± 0.13 nm (using transmission electron microscopy (TEM)). Maghemite nano-particle were then mixed with a prepared polymer solution in order to fabricate maghemite/PMMA nano-fibrous composite. Furthermore, the investigation of the morphology and structure of the composite was carried out using field emission scanning electron microscopy (FESEM), Energy-dispersion X-ray spectroscopy (EDX), Alternating Gradient Magnetometer (AGM), Fourier transform infrared spectrometer (FTIR), X-ray diffraction (XRD) and tensile strength measurement devices. The results indicated that there was a great amount of maghemite, both in and on the composite’s surface, which can be utilized in the purpose of magnetic applications.     

Fabrication and drive test of a peristaltic thermopnumatic PDMS micropump

This paper presenti, fabrication and drive test of a peristaltic PDMS micropump actuated by the thermopneumatic force The micropump consists of the three peristaltic-type actuator chambers with microheaters on the glass substrate and a microchannel connecting the chambers and the inlet/outlet port The micropump is fabricated by the spin-coating process, the two-step curing process, the JSR (negative PR) molding process, and etc The diameter and the thickness of the actuator diaphragm are 2 5 mm and 30 μm, respectively The meniscus motion in the capillary tube is observed with a video camera and the flow rate of the micro pump is calculated through the frame analysis of the recorded video data. The maximum flow rate of the micropump is about 0 36 μL/sec at 2 Hz for the zero hydraulic pressure difference when the 3-phase input voltage is 20 V.     

基于体硅工艺的静电致动微夹持器制作工艺分析

介绍了一种基于体硅工艺的大尺寸、大深宽比梳状静电致动微夹持器的制作工艺。对微夹持器制作中的关键工艺进行分析,重点分析ICP蚀刻工艺的蚀刻时间对结构的影响,总结导致器件失效的原因,探讨了减少失效的方法。加工过程中采用分步加工的办法控制蚀刻时间,成功的释放了宽6μm,厚60μm,等效长度达5470μm的悬臂梁型微夹持臂。研制出一种良好性能的具有S形柔性结构夹持臂的梳状静电致动微夹持器。     

应用表面改性技术降低烧结碳化硅反射镜的表面散射

针对烧结碳化硅在制作过程中形成的孔洞缺陷会造成严重的反射镜表面散射问题,提出了用等离子体辅助沉积技术镀制硅表面改性层来消除表面缺陷以降低反射镜的表面散射。应用扫描电子显微镜测量了未改性的烧结碳化硅试片,并分析了表面散射成因。搭建了总积分散射仪,测试了改性前后的烧结碳化硅试片及抛光良好的K9玻璃试片的总积分散射。结果显示:烧结碳化硅试片改性前后的总积分散射分别为3.92%和1.42%,K9玻璃的总积分散射为1.36%。使用原子力显微镜测试了烧结碳化硅试片改性抛光后表面和K9试片表面的均方根粗糙度,结果分别为1.63nm和1.04nm,证明了改性后的烧结碳化硅试片消除了表面缺陷,显著地降低了表面散射,表面光学性能与抛光良好的K9玻璃接近。     

Characterisation of electronic and structural properties of thin silicon dioxide films by scanned probe microscopy

This paper concerns the application of scanned probe microscopy to the study of thin silicon dioxide films. We show how the formation of 7 nm diameter silicon carbide particles on a silicon surface during high temperature processing affects the quality of subsequently grown oxide. To measure the local dielectric properties of thin oxides we have developed a new type of probe measurement which allows high resolution surface imaging, based on an atomic force microscope, combined with local electrical measurements. The spatial resolution of the electrical measurements was shown to be < 40 nm. Applying the technique to 500 nm capacitors fabricated on device quality oxide it was shown that some capacitors broke down during imaging while others remained stable at electric fields up to 30 MVcm^?1. This higher breakdown strength may have substantial impact on future electronic device reliablity and performance.     

硅基周期槽结构的刻蚀工艺研究

针对微电子机械系统(MEMS)湿法槽刻蚀技术,基于硅材料各向异性腐蚀特性研究了硅基周期槽的湿法刻蚀工艺,得出了优化的光刻参数。通过对比实验详细分析了搅拌在腐蚀过程中起到的重要作用,实验结果显示,搅拌可以增加腐蚀溶液的流通性,使硅表面不易产生气泡形成"伪掩膜"阻碍反应的进行,从而制备出表面光滑平整的周期槽结构。同时,在搅拌的条件下对槽深和腐蚀时间的关系也做出了相应的分析。为硅微机械加工技术的进一步研究提供了参考。