导电聚合物微构件的热压成型工艺及加工机理研究

针对导电聚合物材料的难溶、难熔特性导致其微构件加工困难的问题，提出使用热压成型方法进行导电聚合物材料微构件的加工。研究内容包括：引入交变场负载（交变温度场、超声振动场）改善导电聚合物分子链间的强刚性，探索适合于导电聚合物微构件的热压成型工艺及加工机理；建立导电聚合物热压成型过程模型，研究热压成型过程中导电聚合物在交变温度场及超声振动作用下的流动特性；引入耗散粒子动力学模拟方法从介观尺度研究导电聚合物热压成型过程机理；开发适合于导电聚合物微构件加工的热压成型装备，并将其应用于聚合物太阳能电池抗反射层微结构的加工。.本项目的研究成果可以直接用于聚合物太阳能电池抗反射层及聚合物发光二极管上增透膜的加工，同时对导电聚合物热压成型过程的工艺及加工机理的研究将为导电聚合物在微纳构件中的广泛应用起到推动作用。

本项目对导电聚合物微热压成型过程机理及成型工艺进行深入的探索，研究进展概述如下： . 在导电聚合物微热压成型机理研究方面：建立了基于流变理论的导电聚合物热压成型过程模型，通过水平及垂直方向两组流动的耦合，获得了热压成型过程中任意时刻导电聚合物微结构的高度。基于聚合物流变的网络理论及聚合物分子运动理论，解释了聚合物微热压成型过程中，不同模穴尺寸对聚合物成型后分子构象所具有的尺度效应，从微观角度解释聚合物热压过程的流变行为及聚合物分子运动机理。. 在导电聚合物微热压成型工艺方面：1、基于粘塑性模型模拟了聚合物微热压成型过程，揭示了模具拓扑结构和流动形貌间的内在关联及热压过程流动特性不同的原因；提出了模具拓扑结构优化策略，改进了填充效果。2、以PMMA为衬底，制备了厚度为5μm-100μm的PEDOT:PSS导电聚合物膜。采用光栅型模具热压出了导电型全聚合物微光栅结构。实验结果显示热压成型过程会导致导电聚合物的电阻值有所增加，通过一系列的热压工艺实验，获得了热压后电阻变化规律。3、提出了基于分离式双模具热压加工聚合物微纳复合结构的方法，利用微米结构模具(刚性模具)、纳米结构模具(柔性纳米膜)和聚合物基片叠合，采用热压成型方法对聚合物基片进行加工复制微纳复合结构，采用化学脱模方法，得到聚合物微纳复合结构的成品，该方法降低模具的加工难度，纳米结构可调控性好，同时减少了脱模过程对微纳结构所造成的损伤。. 在热压装备设计方面，针对现有微热压装备中存在的问题，设计了可施加超声交变场的聚合物微热压成型装备，获国家发明专利。使用了超声波振动和夹持罩，与传统的压印相比较，聚合物的流动特性得到改善，冷却收缩热应力可大幅降低，使得聚合物的压印质量得到提高。另外，由于超声波的加入，整个压印过程可以直接在空气中进行，不必进行抽真空处理，简化了机械结构，省去了抽真空的过程，提高了压印成型的效率。