开水杯胀形模设计【三维CREO】【含CAD图纸】
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大连交通大学2017届本科生毕业设计（论文）外文翻译使用冲压转移工艺的直接制造模式与微孔表面上的疏水性纳米结构的PDMS模具摘要：转印冲压工艺近年来被用来制造薄膜图案。由于模具和油墨的材料的特性，在模具的空腔和底层上的剩余层上的残留油墨仍然是一个问题。为了解决这个问题，我们提出了一种在模具微观结构的空腔上制造疏水性纳米结构的概念，可以有效地减少在涂层过程中存在于模具空腔上的凹陷。首先，在阳极氧化铝（AAO）上制造周期性纳米孔。第二，AAO膜被用作通过压花在PC薄膜上制造纳米结构的模板。然后，通过将纳米结构的PC部分突出到模具的微孔中，形成突出的凸起微结构的阵列。之后，从压花PC薄膜铸造聚二甲基硅氧烷（PDMS）模具。纳米结构在PDMS模具的微腔上的接触角约为145。使用该PDMS模具，使用转印冲压工艺，在聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）基材上成功地转移没有残留层的微图案。1、介绍微接触印刷（ CP）1和纳米接触印刷（n CP）2已经开发出来，以便直接制造没有残留层的微结构。通过这些方法可以将聚二甲基硅氧烷（PDMS）模具上微观结构的浮雕特征的油墨图案转移到底物上。还提出了一种转印印刷工艺，用于制造PMMA基板上的薄膜图案，用于有机薄膜晶体管的应用3,4。该过程主要依赖于转移界面，油墨/模具和油墨/基材的不同粘合力，从模具的浮雕特征到基底的转印图案。需要Nocomplex预处理，并且可以在一步中转移模式。在理想情况下。如图1（a）所示，转印冲压工艺可以直接从冲压模具转移微图案，而没有残留层。但是在实际情况下。如图1（b）所示，油墨通常在旋涂时存在于模具结构的空腔中，并且在后续步骤中引起大量的残留层。这是因为在冲压步骤中压力使模具变形，导致屋顶塌陷（参见图1） 2（a）。为了解决屋顶塌陷，许多模具设计和制造具有高纵横比。然而，高纵横比的PDMS模具有其他缺陷，如屈曲或侧向塌陷5，如图1所示。2（b）和（c）分别导致转印冲压工艺失败。为了改善这些问题，我们提出了一种制备低纵横比的模具的新方法，但通过控制微腔表面的润湿现象，能够不残留层的传输模式。固体表面润湿现象近年来已经得到广泛的研究。在理论领域和实验6,7中已经研究了诸如莲花之类的超疏水材料，它们可用于微流体，自清洁涂层，散热板等。许多方法已经开发了制造超疏水材料如光刻8，模板方法9,10，离子轰击11,12，单层自组装13，化学沉积14,15和光催化16 ，17。但是，这些方法的费用高昂，费时，复杂或有限。另一方面，由于其独特的nanohoneycomb结构，阳极氧化铝（AAO）已被用作纳米技术的纳米结构模板18。 AAO的特点可以通过调节阳极氧化条件19,20来容易地控制，例如阳极电压，电解液的温度和阳极氧化时间。 AAO的结构已经应用于许多领域，包括抗反应和疏水性。在本文中，我们提出了一种使用AAO模板在微结构空腔上制造疏水性纳米结构的新方法。我们首先制作AAO模板，然后将该模板用于压印第一热压花工艺中的PC薄膜。接下来，我们使用这种压花PC薄膜作为基材和具有微孔的不锈钢模具进行第二次热压花加工。之后，获得具有AAO纳米结构的凸起微结构的PC薄膜。然后将这种具有纳米/微结构的PC薄膜作为主模铸造结构由PDMS。最后，得到了微腔表面疏水性纳米结构的PDMS模具。完整的加工过程如图1所示。我们还通过测量证明了AAO纳米结构的疏水性接触角（CA）在不同结构的PDMS模具表面。最后，转移冲压工艺的结果表明，微孔疏水纳米结构表面的PDMS模具可以改善残留层和残留层的问题。2、微孔表面疏水纳米结构PDMS模具的制备2.1 具有多孔纳米结构的AAO模板和具有微孔的模具的制备图1使用的AAO模板的材料是99.7纯度的工业铝薄板，AAO模板的制造过程如图1所示。一开始，将片材在高氯酸和乙醇的混合溶液中电抛光（HCl O4：C2H5OH = 1:4），作为阴极施加碳黑作为阳极。提供10 V的恒定电压15分钟。然后，抛光的片材首先在0.1M草酸溶液中阳极氧化5小时;的温度溶液保持在4，并施加80V的恒定电压。然后将片材浸入6重量磷酸的溶液中，以90rpm的速度搅拌32温度2小时以除去薄片上的氧层。那么那张表在与氧气相同的条件下第二次阳极氧化，但只有10分钟。接下来，为了扩大AAO的孔，将片材在90rpm的搅拌速度和32的温度下再次放入6重量的磷酸溶液中15分钟。最终，获得了具有多孔纳米结构的AAO模板。图5显示了具有纳米孔的AAO模板的扫描电子显微镜（SEM）图像。由于这种铝材料的杂质，AAO模板上的纳米结构是像莲子叶一样混杂有微米和纳米结构的表面，产生高疏水性。为了制造微结构，我们制造了带有微孔的不锈钢模具。首先，一个50毫米厚的不锈钢具有微孔阵列的荫罩由台湾科技星科技提供。不锈钢阴影面具有300300孔的阵列，并通过双面光刻和湿法蚀刻制成。图6是不锈钢模具的光学显微镜（OM）图像。微孔是直径为145 lm，间距为200m。图22.2 气辅热压花工艺图。7是气辅热压花加工方案。 在这个过程中，模具和聚合物基材最终放在热板上，聚（对苯二甲酸乙二醇酯）（PET）薄膜用作真空薄膜以覆盖模具和基材。 接下来，房间关闭，并且N2气体作为压力吹入室内; 在主题中，加热器将温度升高至或接近Tg（玻璃化转变温度），以软化聚合物基材。在该步骤中，将模具压制到软化的基材上，在其上压印“负”图案 基质。 之后，腔室被冷却，气体被释放并且室被打开。 事实上，获得了具有结构的该图3压花基板。2.3.制造工艺在微腔表面制备疏水纳米结构的PDMS模具的过程如图1所示。第一步是通过将裸露的PC薄膜突出到AAO模板的孔中来制造纳米结构的PC薄膜。在第二步中，纳米结构的PC薄膜用作衬底。第二步是在这种AAOnano结构的PC薄膜上制造突出的微结构。具有AAO纳米结构的凸起的微观结构是通过在热压花过程中在毛细管和表面张力的作用下将软化膜部分地突出到不锈钢模具的微孔中而形成的。之后，下面的步骤是使用PDMS混合物复制该压花PC薄膜的结构。这种具有纳米结构的预制凸型微结构的PC薄膜应用于主模具;然后将PDMS混合物由基剂和固化剂组成，比例为10：1，然后将其浇注到母模上，将疏水性纳米结构的PDMS模铸于微腔表面。在室温下合适的固化时间后，得到微腔表面疏水性纳米结构的PDMS模具。图4图5图6图72.4. 纳米结构在微结构空腔上的结果和讨论图8（a）显示了具有纳米结构的突出凸型微结构的PC薄膜的SEM图像。该PC薄膜依次由第一和第二气辅热压花工艺制成。第一次热压花的参数为155和20kgfcm2，在二次压花过程中参数为140和25kgfcm2。该图显示了通过第一和第二次气体辅助热压花加工，在压花PC薄膜上突出的凸出微结构的表面上成功地制造了AAO纳米结构。然后将该PC薄膜用于主模具，并通过PDMS混合物复制其结构。固化PDMS混合物后，获得微腔表面上的疏水性纳米结构的PDMS模具。图。图8（b）显示了该微腔的疏水性纳米结构表面的PDMS模具的SEM图像。如图所示，这些表面微腔充满AAO纳米结构。证明了AAO纳米结构与微腔结构的组合是通过第二次热压花加工实现的。微腔表面疏水性纳米结构PDMS模具的表面结构如图1所示。该图显示了空腔的深度约为18 lm。为了评估AAO纳米结构的疏水性，我们测量了不同PDMS表面的接触角（CA），如图1所示。光滑PDMS表面无纳米结构的CA约为110，如图10所示。恰恰相反图10（b）显示具有纳米结构的PDMS中的CA的CA。该署近145度。发现CA比平滑PDMS表面高，这证明纳米结构可以有效地改善疏水性。图10（c）显示了具有纳米结构的弯曲PDMS上的CA。相比图如图10（b）所示，结果表明，在第二次气体辅助热压花加工之后，疏水性仍然保持。3、疏水纳米结构PDMS模具在微腔表面的应用3.1. 转印冲压工艺如上所述， 图1示意性地示出了转印过程：首先，油墨旋涂在模具上。 接下来，将该模具压在基板上，以从该模具的特征转移墨图案。 接下来的步骤是脱模。最后，获得转印图案。 在我们的实验中，使用厚度为180 lm的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜（A型，NAN YA，台湾）作为透明透明基材，油墨材料为正性光致抗蚀剂EPG 510（Everlight Chemical Inc.，Taiwan）。图8图9图103.2 在PET基板上转印的图案的结果和讨论在这项研究中，转移冲压过程是在微腔表面的疏水性纳米结构的PDMS模具以及简单地具有微腔但没有疏水性纳米结构的PDMS模具中进行的。我们分别使用这两个模具进行转印冲压加工。墨水使用的材料是EPG510（一种正性光致抗蚀剂）。一开始，将适量的EPG510放在模具上; 1分钟后，旋涂机以6000rpm运行20秒。然后，将霉菌压在0.4kgfcm2气压下的PET膜上1分钟，将油墨图案从模具特征转移到PET膜。之后，释放压力，下一步是脱模。最后得到转印图案。图11显示了转印冲压工艺的结果。图11（a）显示了仅具有微腔但没有疏水性纳米结构的PDMS模具的转移模式。很明显在这些微腔中存在残留的EPG510，其被转移到PET膜上，产生大量的残留物。相反，图11（b）显示了表面上疏水性纳米结构的PDMS模具的转移模式微腔到PET薄膜。转印图案中这些圆形的最大直径为146.3lm，与模具结构的偏差约为0.9。转移图案中的圆形形状的最小直径为141.3lm，偏差为2.6。并且转移图案中的这些圆形的平均直径为144.3lm，导致约0.5的偏差。比较图图11（a）如图11（b）所示，AAO纳米结构显然有助于解决残留油墨的问题和转印冲压过程中的残留层图114、结论在移印过程中消除残留油墨和残留层，在本文中，我们提出了在模具微观结构的空腔上形成疏水性纳米结构的思路。我们还报道了纳米结构的新颖制造的阳极氧化铝（AAO）模板在突出的微观结构上。在相同的聚碳酸酯（PC）薄膜上按照热压花制造纳米结构和凸出的微结构。之后，PDMS模具被铸造从压花PC薄膜，最终得到微孔表面的疏水性纳米结构PDMS模具。具有纳米结构的PDMS上的接触角为145，高于光滑PDMS表面上的接触角，无纳米结构约为110。结果表明，纳米结构可以有效地提高疏水性能。而且，具有纳米结构的弯曲PDMS的接触角也约为145。此外，使用该PDMS模具的转印冲压工艺已经在PET基板上成功地转移了具有无残留层的微图案。显然，微孔表面上疏水性纳米结构的PDMS模具的制造有助于解决残留油墨的问题，转印冲压过程中的残留层。参考文献1 A. Kumar, G.M. Whitesides, Appl. Phys. Lett. 63 (1993) 2002.2 Y.L. Loo, R.L. Willett, K.W. Baldwin, J.A. Rogers, J. Am. Chem. Soc. 124 (2002)76547655.3 B.D. Chan, K.H. Hsieh, S.Y. Yang, J. Micromech. Microeng. 19 (2009) 025010(8pp).4 B.D. Chan, K.H. Hsieh, S.Y. Yang, Microelectron. Eng. 86 (2009) 586589.5 K.G. Sharp, G.S. Blackman, N.J. Glassmaker, A. Jagota, C.Y. Hui, Langmuir 20(2004) 64306438.6 X. Zhang, F. Shi, J. Niu, Y. Jiang, Z. Wang, J. Mater. Chem. 18 (2008) 621633.7 C. Neinhuis, W. Barthlott, Ann. Bot. 79 (1997) 667.8 J.Y. Shiu, C.W. Kuo, P. Chen, C.Y. Mou, Chem. Mater. 16 (2004) 561.9 D. Kim, J. Kim, H.C. Park, K.H. Lee, W. Hwang, J. Micromech. Microeng. 18(2008) 015019 (5pp).10 C. Guo, L. Feng, J. Zhai, G. Wang, Y. Song, L. Jiang, D. Zhu, Chem Phys Chem 5(2004) 750753.11 S.M.M. Ramos, E. Charlaix, A. Benyagoub, Surf. Sci. 540 (2003) 355362.12 S.M.M. Ramos, E. Charlaix, Phys. Rev. E 67 (2003) 031604.13 X. Zhang, F. Shi, X. Yu, H. Liu, Y. Fu, Z.Q. Wang, L. Jiang, X.Y. Li, J. Am. Chem. Soc.126 (2004) 3064.14 H. Liu, L. Feng, J. Zhai, L. Jiang, D. Zhu, Langmuir 20 (2004) 56595661.
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