一种T型截面微流控模具的制备方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供的一种T型截面微流控模具的制备方法及装置，通过电火花放电对工件进行加工，制备出具有T型微流控流道的工件；对具有T型微流控流道的工件进行微电铸加工和脱模加工获得T型截面微流控模具，能够保证待检测液体更加顺畅地流动，以达到传热、传质和动量传输的目的，同时便于从模具中脱模，在微流道侧面设置角度效果更佳。此外，电火花放电适合于任何难切削导电材料的加工，可以加工特殊及复杂形状的表面和零件。采用特殊水基不燃性工作液进行电火花放电，其生存率不亚于切削加工。微电铸容易制备出复杂形状的零件，尺寸精度高，芯模表面可有精确复制，便于批量生产。

Method and device for preparing T section micro fluidic mold

Preparation method and device for T type section of the embodiment of the invention provides a micro fluidic mold, the processing of the workpiece by the spark discharge, prepared with T type micro fluidic channel of the workpiece on the workpiece; with T type microfluidic channel micro electroforming and stripping processing T type microfluidic section die, to ensure the smooth flow of the liquid to be detected more, in order to achieve heat transfer, mass transfer and momentum transfer, and to facilitate the release from the mold, angle better set in the micro channel side. In addition, spark discharge is suitable for the processing of any hard cutting conductive material, and can process the surface and parts of special and complex shapes. The discharge of electric discharge with special water base non flammable working fluid, its survival rate is no less than cutting. Micro electroforming is easy to prepare complex shapes of parts, high dimensional accuracy, the core surface can be accurately copied, easy to mass production.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微流控芯片领域，尤其涉及一种T型截面微流控模具的制备方法及装置。
技术介绍
微流控芯片被公认为是21世纪最为重要的前沿技术之一,Forbes杂志创刊85周年的特刊上将芯片实验室列为15件影响人类未来的最重要的专利技术之一。它的使用也与我们的生活的方方面面息息相关,如新药物的合成与筛选、以及食品和商品检验、环境监测、刑事科学、军事科学和航天科学等其他重要应用领域而成为其中一个最重要的研究领域间。传统的微流控芯片主要以硅片或玻璃为材料制作微流道，存在制作设备昂贵、加工成本高、制作周期长、难以得到高深宽比结构以及硅芯片不透明等问题，可以通过模塑法、热压法进行大批量复制，从而大大提高了制作效率、降低了制作成本。微通道成形模具具有较高的精度和技术指标要求。常用的模具材料可以分为金属(包括铜、镍等)和非金属(包括硅、玻璃等)两种。非金属材料的模具由于其寿命较短,适合实验室和科研单位小批量生产的需要。而金属模具以其较长的使用寿命和突出的经济性适应大批量生产制造的需要,得到发展。微尺度流动通常具有如下几个典型特征：雷诺数很小，流动状态表现为层流，传热、传质由于对流混合作用微弱而变得相对不易；液体表面张力作用显著，有时处于主导地位；流动速度梯度较大，粘性力变得重要，惯性力则相对变得不再重要；表面积与体积比大，热惯性小，界面电效应变得突出。这些特征使得微流体需要全新的研究方法，也有了不同于常规尺度流动的研究内容与目标。当通道的特征尺寸在微米甚至纳米量级时，通道表面积与其内部空间的体积之比很大，通道的结构、形状和壁面性质都将对其中的流体流动状态产生极大的影响。如何设计并制造出结构合理、尺寸精确、壁面性质可控的微通道，是控制微流体的前提。微流控系统中流体需要在一定尺寸和结构的微通道中以一定的方式进行流动，以达到传热、传质和动量传输的目的。因此微通道是微流控系统的核心部分。微流道是待检测液体流经且进行混合反应的区域，可以根据待检测的液体、检测条件、检测预期的结果选择微流道的截面形状。微流道的重要作用是在较少压力损失状态下保证液体的流动。作为显示微流道效率的指标之一是截面形状中内接圆直径面积。内接圆面积越大，流过的液体面积越大，因此能够保证待检测液体更加顺畅地流动。1)有人提出用液态浇铸法制备软模板。其特征是使PDMS液体填充有特征图形的母版，之后将其固化，与母版剥离，即得到独立的PDMS软模板。其工艺过程主要是先进行模板基片的选材、清洗，然后进行旋涂光刻胶，静置一段时间之后前烘、进行电子束曝光，曝光之后进行后烘，然后在显影液中进行显影，最后坚膜。然后浇注PDMS，待PDMS稳定后脱模即可得到软模板，即模具。2)利用电沉积技术制作微流控芯片模具。方法是：使用新型超厚光刻胶SU-8胶作近紫外光刻，并在光刻后的图案上电沉积金属Ni之后去胶，最终获得金属模具。3)利用热压印法的三个工艺过程(压模制备、压印过程、图形转移)来进行制备模具，其基本概念是用电子束刻印术或其他先进技术，把坚硬的压模毛坯加工成一个压模；然后再用来绘制纳米图案的基片上旋涂一层聚合物薄膜，将其放入压印机加热并且把压模压在基片上的聚合物薄膜上加压，再把温度降低到聚合物玻璃化温度以下，最后把压模与聚合物层相分离，就在基片上做出了凸起的聚合物图案(还要稍作腐蚀除去凹洼处残留的聚合物)；图形转移是对上一步做成的压印件，用常规的图形技术，把基片上的聚合物图案转换成所需材质的图案。但是这些现有技术分别对应有以下缺点：1)软模板的液态浇铸法虽然易于实现，成本比较低，但在纳米尺度下，传统的液态浇注已经无法实现PDMS进入孔洞的过程，其原因是PDMS由于黏度过大，无法自然填充纳米级特征图形，故无法实现图形的转移。2)由于SU-8胶近紫外光刻时侧壁与基底难免有一定的倾斜角度(3°-5°)，这对于模具的制作将产生不利于热压或浇注后拔模的斜度，而且该法要电铸出基板，电铸的工作量大。此外，由于模具的工作面是依靠电铸后分型获得，表面质量较难控制。3)沟道与基板不是一体结构，两者之间的结合力不是特别好，需要特殊处理。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种T型截面微流控模具的制备方法及装置，制备出微结构T型流道，能够保证待检测液体更加顺畅地流动，以达到传热、传质和动量传输的目的。此外，本专利技术实施例便于从模具中脱模，在微流道侧面设置角度效果更佳。本专利技术实施例提供的一种T型截面微流控模具的制备方法，包括：通过电火花放电对工件进行加工，制备出具有T型微流控流道的工件；对具有T型微流控流道的工件进行微电铸加工和脱模加工获得T型截面微流控模具。优选地，所述通过电火花放电对工件进行加工，制备出具有T型微流控流道的工件具体包括：将工具电极与工件被加工表面之间按照预设的间隙设置；加载脉冲电源至工具与工件之间，使得工具与工件之间产生脉冲性火花放电，直到工件上加工出T型微流控流道。优选地，所述加载脉冲电源至工具与工件之间，使得工具与工件之间产生脉冲性火花放电，直到工件上加工出T型微流控流道具体为：加载脉冲电源至工具与工件之间，使得工具与工件之间产生脉冲性火花放电，通过自动进给调节装置控制工具按照所述预设的间隙在工件被加工表面上运动，直到工件上加工出T型微流控流道。优选地，所述将工具电极与工件被加工表面之间按照预设的间隙设置之后还包括：将工具的头部和工件浸没在具有绝缘性能的工作液中，并通过备用工作液、工作液泵和带过滤器的管道对工作液进行循环过滤。优选地，所述对具有T型微流控流道的工件进行微电铸加工和脱模加工获得T型截面微流控模具具体包括：对具有T型微流控流道的工件进行通电，使得工件被加工表面上产生电沉积；对已产生电沉积的工件进行脱模处理，获得T型截面微流控模具。优选地，所述对具有T型微流控流道的工件进行微电铸加工和脱模加工获得T型截面微流控模具之后还包括：通过砂轮将T型截面微流控模具的工作面进行抛光至光滑，防止压力损失。本专利技术实施例提供的一种T型截面微流控模具的制备装置，包括：电火花加工系统、微电铸系统和脱模系统；所述电火花加工系统包括：脉冲电源、工具、工件；所述脉冲电源连接所述工具和所述工件，用于输出脉冲电流至所述工具和所述工件；所述工具设置于所述工件的被加工表面一侧，所述工具成倒梯形，所述工具的宽度比所述工件少预设的长度值；所述微电铸系统包括微电铸电源、正极板；所述微电铸电源的正极连接正极板，所述微电铸电源的负极连接经过电火花加工系统加工的具有T型微流控流道的工件；所述脱模系统用于对经过微电铸加工的工件进行脱模处理获得T型截面微流控模具。优选地，所述电火花加工系统还包括自动进给调节装置；所述自动进给调节装置连接所述工具，用于控制所述工具运动使得所述工具与所述工件的被加工表面之间的间隙保持为预设的间隙。优选地，所述电火花加工系统还包括工作液；所述工具的头部和所述工件浸没在所述工作液中，所述工具的头部为靠近所述工件的部分；所述工作液具体为具有绝缘性能的工作液。优选地，所述电火花加工系统还包括工作液循环过滤装置；所述工作液循环过滤装置包括备用工作液、工作液泵和加液管道、放液管道；所述加液管道和所述放液管道分别连接所述工作液和所述备用工作液；所述加液管道上设置有所述工作液泵和过滤器。从以上技术方案可以看出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种T型截面微流控模具的制备方法，其特征在于，包括：通过电火花放电对工件进行加工，制备出具有T型微流控流道的工件；对具有T型微流控流道的工件进行微电铸加工和脱模加工获得T型截面微流控模具。

【技术特征摘要】
1.一种T型截面微流控模具的制备方法，其特征在于，包括：通过电火花放电对工件进行加工，制备出具有T型微流控流道的工件；对具有T型微流控流道的工件进行微电铸加工和脱模加工获得T型截面微流控模具。2.根据权利要求1所述的一种T型截面微流控模具的制备方法，其特征在于，所述通过电火花放电对工件进行加工，制备出具有T型微流控流道的工件具体包括：将工具电极与工件被加工表面之间按照预设的间隙设置；加载脉冲电源至工具与工件之间，使得工具与工件之间产生脉冲性火花放电，直到工件上加工出T型微流控流道。3.根据权利要求2所述的一种T型截面微流控模具的制备方法，其特征在于，所述加载脉冲电源至工具与工件之间，使得工具与工件之间产生脉冲性火花放电，直到工件上加工出T型微流控流道具体为：加载脉冲电源至工具与工件之间，使得工具与工件之间产生脉冲性火花放电，通过自动进给调节装置控制工具按照所述预设的间隙在工件被加工表面上运动，直到工件上加工出T型微流控流道。4.根据权利要求2所述的一种T型截面微流控模具的制备方法，其特征在于，所述将工具电极与工件被加工表面之间按照预设的间隙设置之后还包括：将工具的头部和工件浸没在具有绝缘性能的工作液中，并通过备用工作液、工作液泵和带过滤器的管道对工作液进行循环过滤。5.根据权利要求1所述的一种T型截面微流控模具的制备方法，其特征在于，所述对具有T型微流控流道的工件进行微电铸加工和脱模加工获得T型截面微流控模具具体包括：对具有T型微流控流道的工件进行通电，使得工件被加工表面上产生电沉积；对已产生电沉积的工件进行脱模处理，获得T型截面微流控模具。6.根据权利要求1所述的一种T型截面微流控模具的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭钟宁，刘莉，何俊峰，陈玲玉，张文斌，吴玲海，
申请(专利权)人：广东工业大学，佛山市铬维科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44