基于电流体喷印的微透镜阵列制备工艺研究

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微透镜及微透镜阵列在众多的工程应用中有着重要的应用价值和广阔前景,然而,目前的制备工艺步骤较为复杂,且加工设备昂贵。因此如何低成本、高效便捷地制作微透镜阵列仍然是目前关注的重点。本文利用电流体喷印技术,以甘油水溶液为喷射材料制作微透镜阵列阳模,并以此为基础制备了微透镜阵列,主要工作如下:首先,对国内外微透镜阵列的制作工艺和电喷印技术的现状进行了论述,介绍了目前常用的微透镜阵列制作技术,阐述了电喷印技术的特点和发展现状,提出了基于电喷印制作微透镜阵列的工艺新方法,并对本文的各个章节所研究的部分进行简要叙述。其次,研究了电喷印的特性和基础理论,分析高压脉冲下电喷印的喷印规律,推导了脉冲电压和偏压对喷射的影响,为电喷印微滴阵列提供了理论依据。选取甘油水溶液为电喷印材料,搭建了一套电喷印实验平台,用以制作甘油微滴阵列阳模,并提出了制作甘油微滴阵列的实验方案和步骤。然后,通过实验研究了电喷印工艺参数对甘油水溶液喷射稳定性的影响,确定了电喷印的工艺范围;针对电喷印中喷头处液滴不稳定情况,提出了利用计算机视觉检测喷头处液滴的状态,优化电喷印工艺。对电压大小、脉冲频率、喷头内径和喷头到收集板之间的距离等工艺参数进行实验研究,通过对喷印微滴形貌和直径的分析与测量,总结出电喷印规律甘油微滴阵列的规律。通过设计正交实验,探究最佳的工艺参数组合,最后制得的甘油水溶液微滴阵列中微滴的平均直径为28.5μm,标准差为0.7。最后,提出了基于电喷印制作微透镜阵列的新方法。实验研究了甘油水溶液在导电玻璃收集板上的润湿性和粘附力,针对微透镜的缺陷之处提出了工艺优化方法;分析了PDMS浇筑的过程中如何保持甘油微滴阵列的位置精度,对比验证了PDMS凹模微坑的间距和甘油微滴阵列微滴的间距的一致性。对微透镜阵列进行实验检测,主要包括几何性能和光学性能,分析得到微透镜阵列具有良好的光学一致性,证实了本文所提的新工艺的有效性。
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