【摘 要】
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微流控芯片技术作为一种快速检测技术,在应对公共性卫生安全事件和生物医药研发等领域有着重要的价值。基于激光透射焊接聚合物微流控芯片时普遍须使用焊接添加剂的现状,以及国内外对飞秒激光无添加剂透射焊接聚合物的研究较少的问题,本研究主要内容如下:首先梳理不同的微流控芯片制备技术（微槽加工与材料键合）,总结其优缺点并选择了激光制备微流控芯片的方法;然后对国内外激光加工技术的研究现状进行调研,选用了紫外飞秒激
【基金项目】
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佛山市科技创新团队项目,项目编号:2015IT100162,项目名称:高端微流控芯片的研发及应用；
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微流控芯片技术作为一种快速检测技术,在应对公共性卫生安全事件和生物医药研发等领域有着重要的价值。基于激光透射焊接聚合物微流控芯片时普遍须使用焊接添加剂的现状,以及国内外对飞秒激光无添加剂透射焊接聚合物的研究较少的问题,本研究主要内容如下:首先梳理不同的微流控芯片制备技术（微槽加工与材料键合）,总结其优缺点并选择了激光制备微流控芯片的方法;然后对国内外激光加工技术的研究现状进行调研,选用了紫外飞秒激光制备微槽和红外飞秒激光无添加剂透射焊接这两种适合制备微流控芯片的加工工艺。随后研究了激光脉冲能量密度、脉冲频率和扫描速度对加工PMMA微槽形貌的影响,然后探究了激光不同的横向扫描间距和纵向进给重复加工的扫描方式对微槽形貌的影响规律。接着,使用极差分析的方法,探究了工艺参数对微槽形貌的影响程度。最后确定了PMMA材料的烧蚀阈值:Fth（26）=0.697 J/cm~2和Fth（1）=2.0426 J/cm~2。其次探究了激光扫描加工速度、激光脉冲频率和激光平均输出功率与焊缝宽度、深度和焊接强度的关系,并基于Box-Behnken实验设计的响应曲面法得到最优工艺参数组合:激光脉冲频率为1 MHz,激光扫描速度为0.8 mm/s和激光平均输出功率为13.39 W时,样品焊接强度达到33.5 MPa,为PMMA基材强度的69.8%。最后基于有限元与激光透射焊接温度场的理论,使用Z扫描技术测量了PMMA的非线性吸收系数,建立了激光焊接过程中温度场的模型,实验结果与仿真数值存在一致的变化趋势。
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