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多步微纳米压印工艺对COC环状烯烃共聚物弹性变形回复影响研究

多步微纳米压印工艺对COC环状烯烃共聚物弹性变形回复影响研究

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作者： Hamzah Mohammed Ali Almadani 宁波大学

学位级别：硕士

本文主要研究多步微纳米热压印工艺对COC环状烯烃共聚物弹性变形回复的影响研究。微纳米热压印技术是一种的连续成形、高效的加工方法,在微机电系统领域有着广泛的应用,近年来,微纳米压印复制方法在材料、结构和集成方面都取得了很大的... 详细信息

本文主要研究多步微纳米热压印工艺对COC环状烯烃共聚物弹性变形回复的影响研究。微纳米热压印技术是一种的连续成形、高效的加工方法,在微机电系统领域有着广泛的应用,近年来,微纳米压印复制方法在材料、结构和集成方面都取得了很大的进展。微纳米热压印技术成型温度通常选在材料的玻璃化转变温度以上20C至50C,由于聚合物在玻璃化转变温度附近具有粘弹特性,机械性能复杂,不易控制;因此玻璃化转变温度附近的微纳米热压印技术研究方兴未艾,特别是成型工艺对材料的弹性变形回复影响的研究甚少。本研究利用广义麦克斯韦模型描述玻璃化转变温度附近的材料特性,以确定离散弛豫时间谱,并借助于非线性有限元软件ABAQUS模拟成形过程。首先,基于滞后和磨损两种现象,建立了聚合物在玻璃化转变温度附近的粘弹性模型,并分析了其力学状态与温度的关系。其次,利用遗传算法对聚合物粘弹性模型的参数进行了计算和优化。描述了遗传算法的结构、步骤和设计方法,以拟合修正的广义麦克斯韦粘弹性本构模型。在实现最优解的过程中,将拟合结果与实验结果的偏差度作为评价函数,在特征搜索空间中搜索广义麦克斯韦粘弹性模型的参数。对遗传算法与最小二乘法在参考温度下拟合实验结果进行了比较,结果表明遗传算法的拟合效果较好。利用平移原理获得参考温度下的主曲线,将获得的prony系列模型参数输入ABAQUS有限元软件,为后续变形分析的微观结构处理提供材料参数。再次,采用数值方法研究了不同深度比、不同轧辊数下的多步压痕对弹性变形恢复的影响。为了评价微观结构的弹性恢复,计算了热印前后微通道的横截面积,并进行了数值比较。对模拟结果进行了分析,结果表明,采用优化成形后,微结构的弹性回复率明显降低。最后,通过分析表面不同位置节点的弹性恢复速率,得出工艺参数对聚合物的弹性恢复特性对微结构形状变化的影响。根据热压印的数值模拟结果,计算了弹性回复前后的面积和回复速率。分析了温度、预紧力、空腔间距和压印速度对微结构形状的影响。利用该方法获得了减小弹性回复对微结构影响的最佳工艺参数。

关键词：卷对板热纳米压印广义麦克斯韦模型弹性变形回复

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