论文部分内容阅读
本文应用准分子激光器进行微结构加工，用拉曼光谱、红外谱、AFM和三维形貌分析仪等测试手段分析准分子激光刻蚀聚合物微通道的加工机理，根据激光成形机制，通过多种工艺手段提高激光微加工表面质量，改善表面粗糙度。文中总结了准分子激光与聚合物材料相互作用的特点及理化模型，采用拉曼谱、红外谱、AFM和三维形貌分析仪等聚合物表面分析工具研究了PMMA和PS在刻蚀前后发生的化学结构的变化；分析探讨了激光微加工聚合物的底面成形机制。研究了准分子激光在PMMA和PI基板上加工微柱情况，建立了准分子激光加工微柱的热累积模型，通过实验分析了材料特性和脉冲数量对微柱加工质量的影响，在较小的加工区域内热累计不能消散得更快是导致微柱结构侧壁倾斜的主要原因。采用准分子激光微加工技术与模塑技术相结合的方法制造微流控芯片。系统研究了准分子激光的能量密度和工作台移动速度对胶层微通道加工质量的影响；测量并分析了激光刻蚀加工出的微流控芯片原型、电铸的反向金属模板和注塑成型后的微流控芯片的轮廓精度和表面粗糙度，上表面尺度偏差不大于2μm，底面粗糙度小于20nm。对注塑出的微流控芯片和激光直写刻蚀的几何结构相同的微流控芯片的流动性能进行比较测试；研究了准分子激光刻蚀玻璃基ITO电极图形，通过确认了玻璃基片的刻蚀阈值，分析了影响准分子激光刻蚀ITO电极图形加工质量的关键因素，采用准分子激光刻蚀技术与湿法腐蚀相结合的方法改善准分子激光加工ITO电极图形的加工质量。采用CO2激光直写加工技术在PMMA基片表面直写微通道，分析了CO2激光扫描速度和加工次数对加工质量的影响。分别在表面光滑、表面打毛和表面附着水膜的基片上加工微通道，并对通道的几何尺寸和粗糙度进行比较分析，在两种不同实验条件下加工出水力直径为80μm的微通道，并对微通道的相对粗糙度进行比较研究，发现通过在基片表面附着水膜的方法可以有效地降低相对粗糙度约40%；利用准分子激光辐照抛光和CO2激光辐照抛光相结合的方法，建立了两种激光的抛光模型，对微通道表面进行抛光实验对比，有效地提高微通道表面质量，使得微通道表面粗糙度Ra为17nm。