基于固-液界面动态粘着作用的微对象操作方法研究

随着对微系统产品功能集成化、结构微型化的不断需求，微操作技术中需要处理的操作对象尺寸不断减小，微对象间的粘着作用力相对于重力逐渐占据主导地位。本项目从利用固-液界面动态粘着作用的角度，开展基于粘着力的微操作机理和方法研究。首先建立微固体对象之间存在液体介质时的动态粘着接触模型，揭示运动学参数和液体参数等对动态粘着力的影响规律。在此基础上，确立基于固-液界面粘着作用的微对象三维操作配置，研究微操作过程中固-液界面和相关界面的匹配关系。针对微对象操作要求，确定可控的固-液界面粘着力参数，依据不同的微对象尺寸范围研究动态粘着作用控制手段和实现方式，对相应的操作工具参数进行综合优化设计，并开展相关的实验研究。本课题的研究成果将为微对象操作提供新的理论基础和方法，对促进我国微机电系统、光电工程和精密制造等相关领域的进一步发展具有重要的理论意义和应用价值。

微操作技术是微纳制造的重要技术分支，也是人类认识微世界的基本手段。随着微操作对象尺寸的逐渐减小，由于尺度效应和表面效应，微对象间的粘着作用力相对于重力逐渐占据主导地位，导致微操作和宏观对象操作具有显著的不同。机械夹持和真空吸附等传统的操作方式执行微操作时具有很多不足，因此基于微尺度作用力特性探索新的微操作方法具有重要意义。本项目从利用固-液界面动态粘着作用的角度，开展了基于粘着力的微操作机理和方法研究。主要研究内容包括典型微对象之间存在液体介质时的动态粘着作用模型，基于固-液界面动态粘着作用的微操作配置，基于固-液界面动态粘着作用的微操作工具设计，基于固-液界面动态粘着作用的微操作实验等。首先建立了典型微固体对象之间存在液体介质时的动态粘着作用模型，揭示了运动学参数和液体参数等对动态粘着力的影响规律。在此基础上，确立了微尺度固-液界面动态粘着作用测试方法，并构建了动态粘着作用测试装置，通过仿真模拟和实验确定了各参数对微尺度固-液界面动态粘着作用的影响规律。提出了基于液/气界面压力差进行微对象拾取、基于固-液界面动态分离的微对象释放方案。制作了基于固-液界面动态粘着作用的微操作工具，并开展了实验研究, 验证了方法的有效性。本课题的研究成果为微操作技术提供了一种新的方法，对促进我国微机电系统和精密制造等相关领域的进一步发展具有一定的理论意义和应用价值。