[发明专利]一种微流控芯片弹性模具局部强化成型装置及方法

说明书

本发明公开了一种微流控芯片弹性模具局部强化成型装置以及方法，其中，装置包括设置在机床的加工槽，具有模具母版夹具的模具母版安装在加工槽内，电泳辅助系统的阴极与机床的主轴连接，电泳辅助系统的输出端与阴极、模具母版夹具连接，用于在模具母版与阴极之间形成辅助电场，使得颗粒胶体循环系统将强化颗粒胶体、填充物胶体混合产生的混合胶体在弹性模具待强化区沉积，真空温度控制系统用于将成形后的所述混合胶体进行加热处理固化成型。通过电泳辅助系统在模具母版与电泳阴极之间形成辅助电场，实现混合在胶体中的纳米粒子的定向沉积，在增强弹性模具机械强度的同时还可以控制纳米粒子在模具中的强化位置，达到加强特定区域机械强度的目的。

技术领域

本发明涉及微流控芯片弹性模具技术领域，特别是涉及一种微流控芯片弹性模具局部强化成型装置及方法。

背景技术

当今社会，材料的应用涉及生活、生产的各个方面，不同材料各有其特点和应用范围，而且对于各种材料的数量和质量的要求越来越高。而非金属作为性能优异的材料，被广泛应用于产品加工的各个领域。根据非金属材料良好的韧性、弹性、塑性等性质，工业界常用来制造模具，但也因为这些性质导致其自身力学性能某些方面的缺陷，也限制了其在产品上的应用范围。为了提高非金属材料中弹性模具的强度、硬度、刚性、耐磨性、耐腐蚀等性能，需要对其进行后处理，以满足使用及性能要求。

微流控芯片技术(Microfluidics)是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程。由于它在生物、化学、医学等领域的巨大潜力，已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域。随着微流控芯片应用的显著增长，急需一种快速、简单、便宜并适合批量生产的方法去制备硬质聚合物微流体器件的方法。

鉴于硬质模具的种种缺点，常用弹性材料-聚二甲基硅氧烷(PDMS)来制作弹性模具，目前PDMS弹性模具压印多应用在纳米级压印中。将其应用在微米级压印中，其模具的弹性虽然会易于脱模，但其高深宽比结构会使得在热压时变形，而且在制作弹性模具时，高深宽比的结构容易在脱模时撕裂，所以需要在保持模具弹性的前提下，适当增加其硬度，以助于适应微米量级高深宽比结构的热压及脱模。

目前，现有技术中也有许多方法可以用来加强PDMS机械强度，比如在纯PDMS里边混合填充物，如无机纳米粒子，纳米粘土，碳纳米管等，然后固化成型。还有学者在PDMS里混合TEOS等硅醇盐，然后同时发生PDMS的固化和TEOS溶胶凝胶的水解和凝聚，以及形成PDMS的聚氨酯共聚物等共聚合反应等。虽然这些方法都可以在一定程度上将PDMS的强度提高，但是提高的幅度非常有限，远远不能满足目前的需求。

发明内容

本发明基于电泳辅助法提出一种微流控芯片弹性模具局部强化成型装置及方法，实现增强弹性模具机械强度的同时还可以控制纳米粒子在模具中局部区域的位置，达到加强特定区域机械强度的目的，从而实现高深宽比，高深度差，大面积结构的热压及无损脱模。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种微流控芯片弹性模具局部强化成型装置，包括机床、与所述机床连接的颗粒胶体循环系统、电泳辅助系统、模具母版、固定所述模具母版的模具母版夹具、加工槽、真空温度控制系统，所述加工槽设置在所述机床，所述模具母版夹具和所述模具母版安装在所述加工槽内，所述电泳辅助系统的阴极与所述机床的主轴连接，所述电泳辅助系统的输出端与所述阴极、所述模具母版夹具连接，用于在所述模具母版与所述阴极之间形成辅助电场，使得所述颗粒胶体循环系统将强化颗粒胶体、填充物胶体混合产生的混合胶体在所述模具母版上的弹性模具待加强区域定向沉积，所述真空温度控制系统用于将成形后的所述混合胶体进行加热处理固化成型。

其中，还包括安装在所述机床用于对所述模具母版表面的混合胶体进行实时监测的在线视频检测系统、

其中，所述在线视频检测系统为CCD视屏显微镜。