Chương 3 Kết quả và thảo luận
3.2.Khảo sát công nghệ chế tạo kênh vi lưu trên vật liệu PMMA
Các kênh dẫn được chế tạo trên đế thủy tinh hữu cơ (PMMA) có độ dày 200µm, kích thước 40x60 mm/kênh. Kênh được chế tạo bằng cách hội tụ chùm tia quét lên mặt mẫu với tốc độ và công suất khác nhau.
Các kênh dẫn thẳng được chế tạo với mục đích khảo sát sự phụ thuộc của độ rộng và độ sâu kênh dẫn vào công suất phát của laser và số lần quét laser. Trên mỗi mẫu chế tạo 5 kênh thẳng với các điều kiện thí nghiệm khác nhau. Tốc độ quét laser được giữ cố định ở 200mm/s, công suất laser được thay đổi trong khoảng từ 20 – 40W, số lần quét laser trên một đường kênh thay đổi từ 1 – 5 lần.
Bảng 1. Độ dầy và độ sâu tương ứng của kênh vi lưu khi thay đổi công suất laser
Công suất Laser (W) 20 25 30 35 40
Độ sâu kênh (µm) 152 177 18 8 20 8 222 Độ rộng kênh (µm) 457 48 4 50 0 525 550
Các bộ trộn được chế tạo với mục đích khảo sát hiện tượng chảy của chất lỏng trong kênh. Các bộ trộn cũng được chế tạo với nhiều độ rộng và độ sâu khác nhau. Hình dạng và kích thước của bộ vi trộn được thiết kế với mục đích khảo sát hiện tượng xoáy, hòa trộn của hai chất lỏng tại các điểm kênh bị uốn cong. Trong các mẫu thử nghiệm, tôi đã tiến hành chế tạo theo hình dạng bộ vị trộn với các đường kênh dẫn lượn song (hình 17).
Hình 18. Kênh dẫn được tạo hình trực tiếp lên đế thủy tinh hữu cơ
Sau khi hình dạng kênh đã được tạo lên mẫu, các kênh sẽ được hoàn thiện bằng cách ép nhiệt các tấm PMMA lên mặt mẫu (hình 18). Đầu vào của các kênh được tạo hình để bắt đầu ống dẫn chất lỏng vào kênh.
Bộ ép nhiệt được sử dụng có khả năng gia nhiệt đến nhiệt độ đến 5000C. Thiết bị có khả năng khống chế nhiệt độ chính xác theo thời gian định trước. Các mẫu được xử lý bề mặt cơ học và hóa học trước khi đưa ép nhiệt. Nhiệt độ ép được tính toán và điều khiển thích hợp như biểu đồ dưới. Lực ép được sử dụng là 1Kg/cm2.
Hình 20. Biểu đồ nhiệt độ và thời gian ép nhiệt
Nửa trên (chứa đường dẫn chất lỏng vào kênh) và nửa dưới (chứa kênh dẫn) được đặt chính xác vào nhau và được đặt lên đế ép nhiệt. Việc gia tăng nhiệt độ quá đột ngột có thể làm vật liệu bị biến dạng nhanh, vì vậy quá trình tăng nhiệt độ từ nhiệt độ phòng 25oC đến nhiệt độ ép 220oC cần diễn ra chậm. Hai thành phần được ép chặt vào nhau ở nhiệt độ 220oC trong khoảng từ 5-7 phút (hình 21). Tiến hành hạ nhiệt độ xuống từ từ, bước ủ nhiệt ở 180oC có tác dụng làm hai phần ổn định, tránh bị cong vênh ảnh hưởng đến chất lượng kênh dẫn. Quá trình ép hoàn thành trong khoảng 20-30 phút (hình 20).
Hình 22. Chọn model cho mô phỏng sự truyền nhiệt