针对微流控芯片键合面的 清洗与贴合机构研究

摘要V3.2盒体顶端喷头设计微流控芯片是精度极高的现代化制品，其制备、清洗、键合、打孔等过程都需要在绝对洁净的环境下进行，随着科技的发展将来可以期待能够在真空环境下进行。然而此机构具有一定的局限性，无法完成绝对洁净环境，但是可以在某种程度上清除盒体内的灰尘，保证盒体内的清洁，因此需要有设计一个能尽可能清洗到整个盒体内部的清洗装置来完成实验前期需要。2010年上海世博会，由于是在5月到10月向游客开放，当时上海正值炎热的季节，室外温度能达到30℃。因此世博园准备了许多的降温措施，例如在入场排队和每个场馆的排队处都安放了很多的喷雾装置。喷雾装置是靠喷雾降温原理工作，喷雾降温是向室外环境里通过喷射出微米级的水雾，水雾遇热汽化，汽化吸收周围环境中空气的热量，达到降低周围环境温度的目的。同时由于水雾是微米级的，即便喷在游客的身上脸上也不会弄湿衣物，更不会破坏女性同胞的妆容，而且由于室外环境绝对通透，也不会增加环境空气中的湿度。所以盒体喷头设计灵感来自于世博园的喷雾降温装置，但是二者之间的区别在于，喷雾装置是通过喷出微米级的水雾来达到降温的目的，水流量和速度极小。本盒体喷头的目的不是降温，而是清洗，采用的液体也是去离子水，因此水流量要比喷雾装置大，而且水的流速也要比喷雾降温装置要快。由于盒体整个是高且从安装完毕后盒体整个是处于密封的状态，所以喷头无需紧贴盒盖，可以使用悬挂式的，最重要的是喷头需要可以在空间一点内随意转动，以保证能够清洗到盒体内全部可用容积。因此悬挂轴离盒体顶端设计有的距离，至少能够实现盒体内所有装置的清洗。图3-4是盒体顶端喷头的示意图：图3-4：盒体与顶端喷头东北电力大学本科毕业论文微流控芯片的清洗需要的是一个洁净的环境，在未来的技术发展过程中最完美的设想就是实现绝对真空环境。因此本机构设计这样一个清洗喷头，意在对清洗机构提高所在盒体的清洁度，同时清洗覆盖面尽可能广，整个环境便会更加清洁，也更有利于以后的芯片实验。由于喷头设计的是悬挂在盒体顶端，所以上部分零件的第一个圆形孔是挂在盒体顶端设计的横向固定轴上，以实现悬挂的目的，然后也可以让喷头在这根轴上做往复平动，使其能够方便清洗到盒体各个区域。然后课题同时要求喷头可以在空间内做随意转动，因此做了一个相对较小的同样的零件，挂在第一个零件的短轴上，底端和喷头的固定圆柱轴相接，通过零件的滑动和转动带着喷头滑动和转动。然后零件与轴使用的都是45号钢材料，强度比较高，且喷头的材质与日常淋浴喷头一致，体积大约在，因此45号钢悬挂轴完全能承受整个清洗喷头的重量。图3-5是喷头的示意图：图3-5：清洗喷头喷头部分是取自日常的淋浴喷头，比较常见，唯一不同的是喷头的出水孔设计的很小且很多，这样设计是利用水流量不变，出水面积变小从而水流速变快的原理，加快清洗效率3.3连接固定零件选用3.3.1螺纹连接方式选用常见的螺纹连接方式有螺钉连接，螺栓连接，紧定螺钉连接，双头螺柱连接等[14]。第3章机构运动装置设计螺钉连接，是指直接将螺钉用工具旋转进入被连接件上开的螺纹孔中，原理类似于用锤子将钉子打入木板。螺钉连接常见的适用场合，一是被连接件的其中一个比较厚，另一个较薄；二是被连接件的其中之一无法安装螺母，导致只能选择螺钉连接的两种场合。由于螺钉连接不需要用到螺母，所以从外观上看起来结构平整紧凑。但是螺纹连接，顾名思义需要有螺纹，而在被连接件上切螺纹会导致结构复杂，同时不能经常拆装，否则会加速失效。图3-6是螺钉连接的示意图：图3-6螺钉连接双头螺柱连接，是将双头螺柱的一端旋进其中一个被连接件，另一端旋入另一个被连接件的通孔上，旋上螺母[15]。双头螺柱连接一般用于两个被连接件其中之一太厚不容易穿孔的场合，或者是经常拆卸的场合，因而拆卸时只卸螺母不卸螺柱，防止拆卸过多导致被连接件损坏。图3-7是双头螺柱连接的示意图：图3-7双头螺柱连接东北电力大学本科毕业论文紧定螺钉连接，是先将螺钉旋入被连接件之一的螺纹孔中，然后让螺钉的末端紧定在另一个被连接件的表面上或者凹坑中，从而确定这两个被连接件的相对位置。紧定螺钉连接一般适用于不便外露螺钉的场合，主要用于固定零件之间的相对位置。图3-8是紧定螺钉连接的示意图：图3-8紧定螺钉连接螺栓连接有两种常见的分类，分别是铰制孔螺栓连接还有普通螺栓连接。普通螺栓连接被连接件上开的是通孔，所以结构没有螺钉连接开螺纹那般复杂，并且被连接件通孔与螺栓中间会有缝隙，所以结构简单，适用于经常拆卸的场合；铰制孔螺栓连接没有缝隙，能承受横向载荷。普通螺栓连接是目前机械领域应用最广的螺纹连接方式。本机构结构相对比较简单，而且需要能够经常拆卸，为了方便及节省成本所以选用的是M5螺栓连接。图3-9是螺栓连接的示意图：图3-9螺栓连接第3章机构运动装置设计3.3.2螺栓校核机构在设计时，滑块与支架，支架与夹具座之间的连接是螺栓连接，因此需要对选用的螺栓进行必要的强度校核，以确定所选用的螺栓是否能够符合机构所需要的强度要求。由于选用的法兰滑块安装孔的直径是，因此我们选用M5的螺栓组来进行螺栓连接。经过查阅相关资料，3.6级M5螺栓的屈服极限，许用挤压应力，因此由公式可以求得，单个螺栓可以承受的工作载荷为： （4-1）式中—工作拉力，—螺栓危险截面的直径，—螺栓的许用挤压应力，所以显然，4个螺栓能够承受的工作载荷为： （4-2）式中—螺栓所受总重力，—螺栓数目，个而个机构的总重显然不超过，显然M5螺栓可以满足要求。辅助支架与滑块或者夹具座之间的连接承受的是横向载荷，因此需要用相应的公式进行校核。经查阅相关资料可知，3.6级M5螺栓的抗拉强度为300，抗剪强度为，代入公式可得 （4-3）综上所述，选用3.6级M5螺栓符合各强度需求东北电力大学本科毕业论文第4章机构清洗贴合装置设计4.1清洗槽设计4.1.1清洗槽总体设计清洗槽，顾名思义就是用来容纳清洗所需溶液的一个一个槽。由于微流控芯片清洗的特殊性，各清洗溶液之间容易产生未知的一些化学或者物理反应，所以每种清洗溶液都必须有其独自的清洗槽，因此清洗槽的总体设计会包含一共8个清洗小槽，分别供应两块芯片的4个清洗步骤使用。而且，由于清洗需要，每次清洗步骤完了以后需要将芯片用去离子水冲洗一次，再接着下一步清洗步骤，所以在两块芯片清洗槽中间各设计了一个沟槽用于存放去离子水，这样可以方便芯片夹具的移动，同时也能完成清洗需求。清洗槽的尺寸没有固定要求。深度上要能放下清洗刷头且至少留有芯片两倍厚度的清洗液深。芯片厚度大致在左右，因此槽的深度基本满足需求；长宽度上，只要能够容纳夹具和清洗刷就行，没有特殊要求，但总体不能比盒体尺寸大即可。清洗槽三维示意图如图4-1所示：图4-1清洗槽三维示意图但是清洗刷需要动力才能旋转，选用的蜗轮蜗杆机构本身因为材质和润滑油的关系，清洗槽的防泄漏工作必须受到重视，因此在每个清洗刷头下紧贴了一个摩擦系数小的防渗漏膜，用以保护轴承和隔离液体，这是第一道防线。同时设计了一块清洗槽隔板（绿色部分），大小与每个清洗小槽一致，中间开了一个直径第4章机构清洗贴合装置设计的通孔，用于将清洗刷及其蜗轮蜗杆分开，并防止清洗液体流入动力装置。区域导致失灵，这是第二道防线。隔板和膜的材质视情况而定，多数与清洗槽一致，个别特殊情况特殊考虑。4.1.2清洗槽材料选择表3-1：各清洗槽、刷头的溶液浓度选用刷头位置溶液浓度（%）材料清洗刷1、51、5号槽丙酮85~95玻璃清洗刷2、62、6号槽无水乙醇95玻璃清洗刷3、73、7号槽去离子水—玻璃清洗刷4、84、8号槽浓硫酸双氧水（3:1）—HDPE丙酮和无水乙醇可以让清洗槽和清洗刷用比较常见的玻璃制品作为材料，但是浓硫酸和双氧水的混合物由于其强腐蚀性和强氧化性，这里选择高密度聚乙烯(HighDensityPolyethylene，简称为"HDPE")为材料制成的清洗槽和清洗刷。HDPE是一种热塑性树脂类化合物，它具有良好的耐热性，熔点在142℃左右，在实验过程中不会出现融化现象；它不易与有机溶液互溶，因此用作混合物清洗槽不会被少许泄漏的乙醇丙酮溶液溶解；同时比较重要的是，它具有优良的电绝缘性，可以保证经过前面几次清洗步骤之后，芯片表面携带的残留的有机离子在最后一步清洗步骤中不会直接渗透到清洗的最后一步，去离子水的清洗之中。再有，HDPE是塑胶原料库回收市场增长最快的一部分。这主要因为其易再加工，有最小限度的降解特性和其在包装用途的大量应用。所以使用HDPE替代玻璃作为最后一个清洗槽、清洗刷的主要材料，在成本上不会有太大的变化，属于必要的价值付出。4.2清洗刷设计4.2.1清洗方式选择在设计制作过程中，通过查阅资料了解到，市面上有一家叫做含光微纳的公司能够订做标准化微流控芯片，尺寸为。由于本课题使用的微流控芯片大致厚度在，因此我们暂定尺寸为的微流控芯片来参与清洗东北电力大学本科毕业论文本次课题使用的是玻璃基微流控芯片，因此我们需要对石英玻璃的性质有所了解，避免选用清洗方法时由于选择不恰当导致芯片断裂等问题的出现，减少芯片寿命从而增加成本。玻璃和石英有很好的电渗和光学性质,刻蚀加工技术和表面改性的化学方法均比较成熟[16]。虽然石英玻璃基微流控芯片相对来说拥有较高的加工成本,芯片基片制作时的封接难度也不小,而且刻蚀步骤时也不易刻蚀出宽深比大的微流道。但是因为石英玻璃它具有优异的电渗和光学性质,且在微流控芯片开发初期采用的传统的毛细管电泳中各种分离方法和策略可以直接转移到石英玻璃基微流控芯片中进行,因此石英玻璃这种材料在微流控芯片的研发制备中具有举足轻重的地位和选用优先度,也是目前应用最为广泛的微流控芯片材料之一。考虑到芯片的材料和尺寸厚度，清洗方法选择了将芯片键合面浸入清洗溶液中，然后用毛刷以一定速度匀速旋转使得芯片键合面被无一遗漏地清洗到。毛刷比较柔软，不会对芯片产生较大的压力，芯片在清洗过程中就不易出现裂纹甚至断裂的现象，且毛刷柔软，旋转速度不会过大，否则容易产生较大的切向力，给夹具造成较大受力甚至使芯片脱落。4.2.2清洗刷头本课题对于清洗刷头的尺寸没有过多严格的要求，有两个方面需要注意的，一是毛刷整体所占面积要比清洗的微流控芯片键合面面积大，但也不能过大。所以刷头的所定尺寸为直径高度的小圆柱，毛刷部分以尺寸为直径，高度的小圆柱代替，覆盖面积为左右，显然清洗面积能够覆盖整个键合面的面积且面积盈余部分较少，能够有效节省成本。二是毛刷的刷头不宜过高，否则容易在清洗旋转过程中发生更多液体的溅射，所以毛刷的高度定在左右较为合适。图4-2是清洗刷头的三维示意图：图4-2清洗刷头示意第4章机构清洗贴合装置设计刷头底部轴，轴长，轴径，轴的作用的用来连接刷头部分和蜗轮蜗杆并传递动力，使刷头能够以一定的速度旋转。整个清洗刷头是根据轴中间的轴线作旋转运动，通过旋转对称动作来完成几何直线动作。通过电机给予动力使轴以给定的速度旋转起来，然后带动刷头旋转，最后利用毛刷完成清洗，在整个流程中旋转轴起到了很重要的作用。关于刷头转速的选定，由于芯片的大小大致是定在，整体尺寸比较小，毛刷尺寸稍大，因此毛刷的每一次旋转都能保证清洗到芯片键和面的所有区域。最为关键的是，毛刷与玻璃微流控芯片的接触面，是平齐于清洗液面的，清洗刷头的转速过慢，可能导致清洗力度不够从而没有将残余溶液洗净，进而影响未来的实验，转速过快，可能导致给予芯片的切向应力过大使得芯片和夹具之间发生相对滑动，或者导致液体飞溅污染到其它槽内的清洗溶液，降低清洗效率。综上所述，选定的刷头转速为。4.2.3蜗轮蜗杆选用蜗杆传动是在空间交错的两轴间传递运动和动力的一种传动机构，两轴线交错的夹角可为任意值，常用的为90°[14]。蜗轮蜗杆传动，与其它常见的齿轮传动，比如带传动，齿轮传动相比，会更适用于输入转速较小的情况，且蜗轮蜗杆传动也比较平稳。虽然蜗轮蜗杆摩擦损失和成本比较高，但是在此机构整体尺寸较小的情况下，综合比较蜗杆传动优势还是比其它传动大。此次课题设计实验过程属于低速轻载状况，需要一定的传动效率，但是传动速度较慢，所以自取蜗杆头数为2，齿数35，模数m取标准值2，再根据清洗槽的宽度选取适当的中心距，其余尺寸自动生成。4.2.4轴承选用在清洗过程中，清洗刷是需要绕中心轴线，以给定转速转动，然后利用带动毛刷转动从而实现对芯片的清洗。转动会带来一定的摩擦，而隔水板（防水膜）若与毛刷基座部分直接接触，那久而久之会产生比较大的摩擦力和摩擦热，会影响清洗工作以及零件使用寿命，因此需要选用一个合适的轴承来降低它工作过程中的摩擦和保证其回转精度。考虑到清洗刷需要给定一定的转速旋转，转速大约在，而且只需要刷头部分旋转，因此选用推力球轴承来与旋转轴配合使用。东北电力大学本科毕业论文由于尺寸限制，且轴几乎不承受径向载荷，轴向载荷也较小，因此选用型号为51204的推力球轴承，内径，外径，厚度为。示意图如下：图4-3：轴承4.2.5材料选择下表是常见的碳素结构钢的钢号、成分、力学性能及用途：表3-2：优质碳素结构钢的钢号、成分、力学性能性质钢号C(%)Si(%)Mn(%)P(%)S(%)бb/MPaбb/MPaδξ(%)ψ(%)Λκ/J200.17~0.240.17~0.370.35~0.65≤0.035≤0.0354102452555—250.22~0.300.17~0.370.50~0.80≤0.035≤0.035450275235071300.27~0.350.17~0.370.50~0.80≤0.035≤0.035490295215063350.32~0.400.17~0.370.50~0.80≤0.035≤0.035530315204555400.37~0.450.17~0.370.50~0.80≤0.035≤0.035570335194547450.42~0.500.17~0.370.50~0.80≤0.035≤0.035600355164039500.47~0.550.17~0.370.50~0.80≤0.035≤0.03563037514403145号钢，是国家标准中的叫法，主要元素还是铁Fe，含碳C0.42~0.50%，硅Si0.17~0.37%，锰Mn0.50~0.80%，含磷P和硫S的量较少，一般不超过0.035%，第4章机构清洗贴合装置设计含铬Cr、镍Ni、铜Cu的占比不超过0.25%。且45号钢其具有一定的强度，抗拉强度一般在左右，屈服强度一般在左右，强度较高，也具有良好的塑型和韧性，用于制作常见的机械相关零件，如曲轴、传动轴、齿轮、蜗杆、键、销等。蜗轮蜗杆的材料具有比较通用的需求性质，即要有一定的符合具体要求的强度值，然后蜗轮蜗杆的传动则需要一定的耐磨性和减摩性，同时也需要有良好的跑合性。此次设计属于低速轻载，可以采用常见的45号钢作为蜗杆的材料，硬度在左右即可，蜗轮采用HT150即可。轴类零件的材料，由于此机构的精度要求较低，同蜗杆一样采用45号钢即可。清洗刷头的材料选择属于特殊情况，因为每个清洗刷头浸入的清洗溶液是不一样的，所以为了材料成本考虑，每两个清洗刷头选用符合要求的，然后尽可能便宜的材料为最佳，这样可以节省成本。清洗刷头具体的材料选择在表3-1中已经有了说明，在此不再赘述。4.2.6蜗轮蜗杆电机选用步进电动机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或直线位移的机电执行元件。每输入一个电子脉冲时，转子就转动一个固定的角度[17]。步进电机最大的优点就是可以通过脉冲数来准确确定每一步的转动角度量，定位精度近乎达到100%，在精密性仪器微流控芯片的清洗工作中这是极其重要的性能，否则因为某步清洗没有到位导致残留，从而引起连锁反应导致后期的实验数据出现偏差等等。且若其中一步出现误差，也并不会将这一误差延续到下一步，这也意味着芯片整体的清洗不会由于某一步的微小误差而导致全盘皆输。由于尺寸、所需转速等因素，选用的是20系列步进电机。4.3贴合机构设计当两块微流控芯片的键合面经过丙酮、无水乙醇、去离子水、浓硫酸和双氧水3:1混合物、去离子水等清洗步骤之后，就需要考虑将两块芯片的键合面进行初步贴合的工作。贴合与键合不同，贴合只是键合最初的、最简单的一步。键合是需要先选择键合的方法，有低温键合法，有高温键合法，还有阳极键合法等等，键合需要将两块微流控芯片在显微镜下放置，对准两块微流控芯片的微通道，之后再用机器抽去贴合缝隙中的空气形成真空，这才实现键合工作。贴合只需将两块芯片的键合面按尺寸整齐地，在去离子水的环境下贴合在一起即可。东北电力大学本科毕业论文曲柄滑块机构，是常见四杆机构的演化机构之一，该机构中滑块一般与机架构成移动副，连接曲柄和滑块的构件为连杆[18]，因此有时也被称作曲柄连杆机构。曲柄滑块机构一般用于将回转运动转换为往复直线运动。曲柄滑块机构应用广泛，如冲床压缩机、往复活塞式发动机等，都是曲柄滑块机构的典型应用[19]。贴合机构，选用了曲柄滑块机构传递动力，以滑块为主动件，给滑块一个推力带动整个机构给贴合板一个使其旋转的推力，促使其实现90°的旋转，最终两块水平贴合板垂直相合。下图是贴合机构简要示意图：图4-4：贴合机构第5章力学分析第5章力学分析5.1软件介绍ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件[20]，它由美国ANSYS公司开发，是目前整个世界范围内，更新换代优化速度最快的软件之一。ANSYS软件属于计算机辅助工程（CAE）软件一类，能与机械领域许多的计算机辅助设计（CAD）软件实现数据互通，例如有常见的CATIA，Solidworks，Pro/E，AutoCAD等等。由于ANSYS的分析能力之强为世界所公认，因此该软件被广泛应用在各个领域，小到普通的机械结构设计，大到航空航天，都离不开它的帮助。使用ANSYS分析软件，脱离了传统的绘图计算分析，大大加快了分析效率，节约了很多方面的成本，是众多设计领域的必不可少的。ANSYS主要包括前处理模块、分析计算模块、后处理模块3个部分[21]。前处理模块主要是包含建模和网格划分两块，首先将需要分析的实体导入进ANSYS软件中建模，经过一系列处理后然后选择网格类型及质量等，最后进行网格划分得到被分析面的一簇大大小小的网格。分析计算模块主要是起一个模拟的作用，能够对前处理所构建的模型的结构静力，结构动力，流体力学等等进行有限元分析，可以模拟类似受力一样的物质之间的相互作用。后处理模块主要是进行收尾的工作，将前处理模块和分析计算模块所得到的结果用合适的表现方式显示出来，常见的有等值线显示和矢量显示，更有比较传统的图表线条显示。而在动力学分析模块，Abaqus有限元分析软件则具有更大的优势，它具有更丰富的单元库和材料库，最主要的是有更多的接触类型。在本机构设计中，玻璃芯片与毛刷的瞬态接触动力便是如此。5.2有限元分析计算机辅助工程技术（CAE）随着科技的高速发展，应用的领域已经越来越多，应用范围也越来越广。计算机辅助工程技术的种类比较多，一般多有有限元法，边界元法和有限差分法[22]。有限元分析方法，是利用了数学这门学科中，近似值的一种概念，对实际的物理几何工况进行模拟，借用一个一个小小的，互相关联的单元，由有限量去逼近无限量的工程分析方法。有限元分析法的基本思路可以归结为：将连续系统分东北电力大学本科毕业论文割成有限个分区或者单元，对每个单元提出一个近似解，再将所有单元按照标准方法加以组合，从而型号才能原有系统的一个数值近似系统，即形成相应的数值模型[23]。5.3静力学分析结果整个机构的运动，总结一下就是由滑块带着整个清洗机构在滑轨上做往复运动，且清洗工作的大部分时间滑块和机构是处于静止状态，所以有必要对滑轨做静力学分析，以保证滑轨的强度满足要求以及形变量在一个可以忽略不计的范围之内，不会影响机构的运转。因为机构的体积和使用材料原因，给滑轨造成的表面压应力较小，粗算下在100N以内，下图是给滑轨表面加100N垂直方向压力时的滑轨形变量：图5-1：形变量分布云图在做分析过程的时候，设计了一小块凸台，来代替附属在上面的机构给导轨施加压力的受力面，因此在应力云图上只有右边末端小块区域出现了不同颜色的应力表示，而导轨的其它部分显示受到的应力为0。然而在一个完整的清洗过程中，两滑块由导轨的末端相向移动一定的距离以后停止在原地，等待夹具带着芯片完成所有的清洗步骤以后再返回出发点。由于在整体机构运作时，换、取芯片还有等待的时间相对较多，所以大部分时间滑块仍处于导轨末端，因此导轨末端会长时间受到压力，所以静力学分析点取在导轨末端。由图可知，滑轨上应力最大点的形变量在左右，而滑轨的长度在左右，宽度，高度，因此的形变量极少，可以忽略不计。第5章力学分析下图是给滑轨表面加垂直方向压力时的应力分布云图：图5-2：静力分析应力云图由图可知，滑轨上最大应力点的压强大约是，而滑轨选用的是304不锈钢，304不锈钢的屈服强度大概在左右，显然。综上所述，滑轨的强度要求满足机构所需，即整个机构能够正常运转，且具有一定的寿命。5.4动力学分析结果当清洗过程进行时，毛刷与玻璃微流控芯片键合面会一直处于接触状态。清洗时的状态为，玻璃芯片不作绝对运动，毛刷相对芯片绕中心轴作转速为的匀速转动，这就导致芯片键合面与毛刷之间产生接触，接触产生一定的切向力。动力分析即分析在毛刷以定速转动，芯片键合面接触毛刷时，瞬时产生的切向应力大小，判断是否会将芯片从夹具中“刷落”，并由此数据来优化同组夹具设计。由于清洗工作进行的时候，毛刷是和芯片的键合面进行表面接触，接触面相对其它面来说需求精度会高，因此接触面使用的是六面体网格，其余部分使用四面体或者三角形网格即可。在进行分析的时候，分析节点选择的是当毛刷以一定速度旋转时，玻璃芯片键合面刚刚接触到毛刷的瞬间所受的切向力，即瞬态动力分析。由于毛刷的运动角速度不大，因此分析时，时间分析步的可以适当调大一点，例如0.01或者0.001，运动精度也是合适的，反应出来的应力误差也不会大。东北电力大学本科毕业论文在模拟仿真运动之前需要确立约束，令刷头的底端轴绕着毛刷中心作旋转运动，并设立板的4个边界截面不作空间移动，这样便模拟了芯片在夹具固定的条件下与正在旋转的清洗刷头进行初步接触的情况，在边界条件与约束正确并完全确立的前提之下，计算机计算出的应力分布才是准确可靠的。图5-3是瞬时动力分析应力云图：图5-3：动力分析应力云图由应力云图可知，芯片边缘受力最大，数值大约是在33MPa，这是由于当芯片整体角速度处于一个固定值时，依照公式可知，旋转点离旋转中心越远，受离心力便会越大，在芯片接触面所有点都与毛刷接触的前提下，离旋转中心越远，所受合力便会最大。而最大应力在33MPa上下，显然符合芯片内部应力的承受能力，因此此数据可用作夹具部分设计的力学分析初始力。5.5经济性分析随着社会经济的不断发展，未来一定会有越来越多的资本投入科研当中去，因此在未来必然能够开发出具有更多类型的不同成分的金属复合材料，用来达到满足工业生产的需求和缺口[24]。目前，金属材料的使用率极高，金属材料的使用已经实现了大众化，集中化，但是一些高端的金属复合材料由于其成本问题，大多都用在高端领域。相信在未来，材料的制备成本会降低，利用率也会大大提高。此次设计机构的选材，主要材料有三种，分别是304不锈钢，45号钢以及普通玻璃。304不锈钢是不锈钢材料中比较常见的一种，性能较好价格也便宜，目前每公斤大约在15元左右；45号钢则是极其常见的碳素结构钢的一种，大量第5章力学分析用于机械设计制造领域，性价比也很高；普通玻璃不作过多介绍，来源广价格便宜。综上，本设计机构成本较低，性价比合适，在实现功能的基础上对成本有比较合理的把控，材料利用率也很高。东北电力大学本科毕业论文结论本文设计了一个逐步的，针对微流控芯片单面的清洗与简易贴合机构。机构分三个部分：第一部分是整个盒体及清洁喷头，通过喷头的旋转自由度实现对整个密封盒体的环境清洗，保证芯片的清洗贴合过程不会存在不必要的杂质；第二部分是动力运动部分，通过安装在轨道座上的滑块导轨，带动着芯片夹具完成对清洗槽的对准工作，再配合同组同学的夹具实现微流控芯片各步骤的清洗与最后贴合；第三部分是清洗与贴合部分，清洗部分设计了一个使用蜗轮蜗杆带动旋转的清洗刷，毛刷覆盖面略大于芯片尺寸保证清洗完全，贴合部分设计了一个利用曲柄滑块机构实现旋转贴合的贴合板。通过本设计能够实现一个简易的微流控芯片清洗与贴合的环境，然后将制备完成的微流控芯片进行必要步骤的清洗，然后再将芯片键合面简单贴合再一起，以保证同组后续工作的顺利进行。最后，利用CATIA画出简易的三维图，再利用ANSYS对机构进行受力分析，保证芯片在清洗过程中受到合适的切向应力。参考文献参考文献[1]王倩,董晓静.微流控芯片技术的发展史及其应用的研究进展[J].天津科技,2013（12）[2]WallenborgSR，LurieIS，ArnoldDW，BaileyCG.Electrophoresis,2000,21（15）：3257－3263[3]孙敬敬,宋祺,牟颖.基于时间分辨免疫分析的冰毒检测微流控芯片[J].分析化学,2018（07）[4]ZIEQLERJ,ZIMMERMANNM,HUNZIKERP,etal.High-performanceimmunoassaysbasedonthrough-stencilpatternedantibodiesandcapillarysystems[J].AnalyticalChemistry,2008,80（5）：1763-1769.[5]SATOK,TACHIHARAA,RENBERNB,etal.Microbead-basedrollingcircleamplificationinamicrochipforsensitiveDNAdetection[J].LabOnaChip,2010,10（8）：1262-1266.[6]SHIMJU,CRISTOBALG,LINKDR,etal.Usingmicrofluidicstodecouplenucleationandgrowthofproteincrystals[J].CrystalGrowthDesign,2007,7（11）：2192-2194.[7]KSHITIZKDH,BEEDJ,LEVCHENKOA,etal.Latestdevelopmentsinmicrofluidiccellbiologyandanalysissystems[J].AnalysisChemistry,2010,82（12）：4848-4864.[8]CURTISTM,WIDERMW,BRENNANLM,etal.Aportablecell-basedimpedancesensorfortoxicitytestingofdrinkingwater[J].LabOnaChip,2009,9（15）：2176-2183.[9]MCU.微流控芯片的发展趋势及前景分析[J].电子发烧友网,2018（05）[10]胡亚峰.微细流路沟槽的激光铣削试验研究[J].大连理工大学,2008（12）[11]赵晨羽,陈峰.微流控芯片在中枢神经系统疾病中的应用与展望[J].2019（03）[12]袁哲,李宗安,唐文来,等.PDMS微流控芯片中的微通道加工技术[J].微纳电子技术,2019（03） 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