[發(fā)明專利]基于相場模型的聚合物表面微結構可控成形機理研究方法

有效

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• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112895408B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發(fā)明（設計）人: 張俐楠;陳建龍;劉紅英;吳立群;王洪成
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: B29C59/00
• 分類號: B29C59/00
• 代理公司: 浙江千克知識產(chǎn)權代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

本發(fā)明公開一種基于相場模型的聚合物表面微結構可控成形機理研究方法，包括步驟：S1、將樣本即聚合物材料放入一定溫度下加熱使其達到熔融狀態(tài)；S2、對熔融狀態(tài)下的聚合物施加電場，通過圖形化電極板、設置不同電場強度，誘導聚合物表面微結構成形為各式陣列結構，得到不同時段的聚合物表面微結構形態(tài)變化狀況；S3、建立電場誘導聚合物表面微結構的系統(tǒng)模型；S4、對模型中的微分方程進行編譯得到仿真數(shù)據(jù)，并將仿真數(shù)據(jù)導入可視化軟件中進行圖像顯示，得到相應的模擬仿真結果。本發(fā)明利用仿真模擬電場誘導聚合物表面微結構成形的動態(tài)過程，更加直觀的觀察聚合物表面結構的成形變化，研究電場形狀、參數(shù)、空氣間隙、聚合物薄膜厚度等對實驗的影響。

技術領域

本發(fā)明屬于微納米技術領域，具體涉及一種基于相場模型的聚合物表面微結構可控成形機理研究方法。

背景技術

表面上的微織構作為控制摩擦磨損的一種方法，能夠有效改善摩擦副表面摩擦學性能、提高承載能力、延長使用壽命等。根據(jù)不同的需求，利用軟材料，加工具有相似的特殊功能的微織構表面，對社會的發(fā)展以及科學的進步都有一定的積極的作用。

目前對表面微織構的研究多集中于硬質材料以及凹坑微織構，而對軟質材料以及凸起微織構的摩擦磨損特性的研究還有所欠缺；同時現(xiàn)有的表面微織構造型技術制備的圖案多集中于二維形貌，與仿生學中的表面微織構的相關研究不符，而三維形貌的制備方法依然有所欠缺。電場誘導表面成形因其高效簡便的加工優(yōu)點逐漸成為研究熱點，但目前多為實驗研究，缺乏仿真理論依據(jù)，因而無法控制聚合物微納結構成形的精度。現(xiàn)有的仿真研究結果未能解釋材料成形規(guī)律，即電場強度和空氣間隙等參數(shù)對聚合物的作用機理。

近年來，數(shù)學模型被廣泛運用于計算微粒間擴散、遷移等物理行為。相場模型(phase-field model)相較于傳統(tǒng)銳利界面模型(sharp-interface model)能夠準確模擬粒子間形態(tài)的漸變過程，且不需要顯示跟蹤界面移動位置，大大降低計算復雜性；同時能解釋微粒結構能量變化的關系，提供更準確的科學理論模型。

因此，如何更好的利用相場模型針對電場誘導聚合物表面微結構可控成形進行研究是亟待解決的問題。

發(fā)明內容

基于上述現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提供一種基于相場模型的電場誘導聚合物表面微結構可控成形機理進行研究的方法，其為聚合物表面微結構材料加工作技術指導。

本發(fā)明采用以下技術方案：基于相場模型的聚合物表面微結構可控成形機理研究方法，包括步驟：

S1、將樣本即聚合物材料放入一定溫度下加熱使其達到熔融狀態(tài)；

S2、對熔融狀態(tài)下的聚合物施加電場，通過圖形化電極板、設置不同電場強度，誘導聚合物表面微結構成形為各式陣列結構，得到不同時段的聚合物表面微結構形態(tài)變化狀況；

S3、建立電場誘導聚合物表面微結構的系統(tǒng)模型；

S4、對模型中的微分方程進行編譯得到仿真數(shù)據(jù)，并將仿真數(shù)據(jù)導入可視化軟件中進行圖像顯示，得到相應的模擬仿真結果。

作為優(yōu)選方案，步驟S1中，包括以下步驟：

S1.1、將所述樣本均勻涂抹至試驗臺表面，進行預固化；

S2.2、通過加熱裝置對所述樣本加熱至相應玻璃化溫度以上，使其達到熔融狀態(tài)。

作為優(yōu)選方案，所述玻璃化溫度為70℃-150℃。

作為優(yōu)選方案，步驟S2中，施加電壓范圍為50V-500V。

作為優(yōu)選方案，電場誘導時間為0.2h-3h。

作為優(yōu)選方案，步驟S3中，系統(tǒng)模型包括多種能量和多種動力。

作為優(yōu)選方案，所述能量包括化學能、表面能、電能、熱能。