论文总字数：21357字

摘 要

高分子聚合物作为在新世纪得到快速发展的一种材料，由它制成的薄膜目前被广泛的应用在各行各业中。本文旨在设计开发一套高分子聚合物薄膜制备平台，应用其制备薄膜，并对薄膜进行实验研究。

本文介绍了目前几种常见的高分子聚合物薄膜制备方法，并以超声波雾化喷涂为原理进行薄膜制备平台的设计开发。明确薄膜制备方法后，采用Solidworks进行三维建模，分析方案的可行性。在已有超声雾化设备基础上，以步进电机驱动丝杠螺母结构的方式，搭建十字交叉运动平台，采用可编程运动控制器完成对步进电机的开环运动控制，完成薄膜制备平台的搭建。

配制高分子聚合物溶液，按编程所设定的轨迹进行雾化喷涂，在不同参数下制成薄膜，分析薄膜质量和缺陷成因。使用拉伸测试仪，分别测试浇筑法和超声雾化喷涂法制成的薄膜试样，分析对比两种方法所制薄膜的断裂应力，对其力学性能进行了初步分析。

关键词：超声雾化喷涂;聚合物薄膜;二自由度平台;开环运动控制;拉伸测试

Abstract

Polymer thin films are the subject of interest for a broad scientific community due to a large number of potential applications. This dissertation aims to design and develop a set of polymer thin film preparation platform, use it to prepare films, and conduct experiments with the films.

Several common methods of preparing polymer thin films are introduced, and a set of film preparation platform is designed on the basis of ultrasonic atomization technique. Solidworks was used for 3D modeling and the feasibility of the program was analyzed. Based on the existing ultrasonic atomization equipment, a stepper motor drives the screw nut structure to build a cross-platform motion platform, and a programmable motion controller is used to achieve the open-loop motion control of the stepper motor. Ultimately, the construction of film preparation platform was completed.

The polymer solution was prepared and atomization sprayed in the programmed trajectory. Films were formed with different parameters, while the films’ quality was observed and the cause of defects was analyzed . The tensile tester was used to test the thin film samples prepared by the casting method and the ultrasonic atomization spray method respectively. The fracture stress of the films prepared by the two methods was analyzed and compared, and the mechanical properties of the films were analyzed.

KEY WORDS: Ultrasonic Spray Coating; Polymer film;2 DOF platform; Open-loop motion control; Tensile test

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 研究背景 1

1.2.1 高分子聚合物简介 1

1.2.2 高分子聚合物薄膜的特性 1

1.2.3 高分子聚合物在支架中的应用 1

1.3 研究目的 2

1.4 课题的背景意义与其主要内容 2

1.4.1 课题的背景意义 2

1.4.2 课题的主要内容 2

第二章 薄膜制备平台的设计和搭建 3

2.1 薄膜制备平台的设计目标 3

2.2 超声雾化喷涂法制备薄膜 3

2.2.1 超声雾化现象概述 3

2.2.2 超声雾化技术的特点 4

2.2.3 超声雾化喷涂法的设备 4

2.2.4 超声雾化喷涂成膜质量的影响因素 5

2.3 薄膜制备平台的设计方案 5

2.4 基板材料的选择和加工 6

2.5 移动平台的结构设计 7

2.5.1 移动平台安装空间分析 7

2.5.2 移动平台的执行元件 8

2.5.3 传动机构的选择 8

2.5.4 移动平台的方案确定及其三维建模 10

2.6 载物台的设计 11

2.7 薄膜制备平台的实物搭建 12

2.7.1 XY工作台的搭建 12

2.7.2 42系列两相步进电机 13

2.7.3 TC8642驱动器 13

2.8 本章小结 14

第三章 薄膜的制备及其力学性能测试 16

3.1 薄膜的制备 16

3.1.1 溶液的配置 16

3.1.2 参数的选择 16

3.1.3 制成薄膜的质量分析 17

3.2 薄膜的性能测试 17

3.2.1 准备工作 17

3.2.2 试样的拉伸 18

3.2.3 拉伸应力曲线 19

3.3 本章小结 20

第四章 回顾和展望 21

4.1 毕业设计回顾 21

4.2 总结和展望 21

致谢 22

参考文献 23

绪论

引言

进入新世纪以来，科学技术的发展日新月异，薄膜涂层技术做为一种获得快速发展的表面处理技术，可以通过其改善和提高物体的某些性能。其手段是通过物理和化学方法，在工件表面产生一个具有预定厚度的膜层，借助薄膜的一些性质，使工件达到所需要的性能要求^[1]。高分子聚合物薄膜因其具有大量潜在的应用，现阶段已成为科研领域中备受关注的一个存在，高分子聚合物薄膜的应用从光伏电池,电化学设备,化学和生物传感器到生物医学应用, 如药物传递, 组织工程, 和生物相容的植入物等领域均广泛的存在^[2]。

研究背景

高分子聚合物简介

高分子聚合物材料的分子量数量级大小一般可以达到几十万至上百万，在分子层面的微观结构上，它由很多结构相同的小单元组成，这些结构相同的小单元一般称其为结构单元，这些结构单元以共价键的方式首尾连接最终形成聚合物材料。高分子聚合物从本世纪初开始得到了快速的发展，作为一种材料被广泛地应用到各行各业当中。

高分子聚合物薄膜的特性

高分子聚合物材料因为是由很多相同的结构单元聚合而成，所以具有了有别于其他材料的特殊的多层次分子结构，这种结构造就了其大分子链独特的运动方式，从而使得高分子聚合物材料具有了高弹形变和黏弹性等独特的力学性能，这就意味着由高分子聚合物材料制成的高分子聚合物薄膜也具有相应的特点。同时，因为结构单元化学结构的不同，高分子聚合物薄膜根据其化学结构的特点也就有了各自不同的电磁学、光学、热敏、气敏等不同的性能^[3]。

高分子聚合物在支架中的应用

药物洗脱血管支架目前作为治疗冠心病的一种常用的医疗器械，它可以有效的治疗心血管疾病，通过扩张血管疏通血管血流的方式，极大的降低了心血管疾病的死亡率^[3]。它的工作原理就是通过导管，将支架和球囊沿周围动脉送出现斑块的病变血管，支架在球囊的扩张下在病变血管出展开，使得病变血管处内径重新变大，重新建立了顺畅流动的血流。药物洗脱支架一般由支架本体、载入药物、载药涂层三部分组成。支架本体需在血管内完成扩张，在扩张前一般为压握状，压握扩张的变形运动则要求它需要有极好的柔韧性。同时其工作状态要求它必须具备较强的径向强度。

目前药物洗脱支架已经经过50多年的发展，从最初的金属或者合金材质发展到现在的生物可降解材料。生物可降解材料一般多为高分子聚合物材料，将其应用于药物洗脱支架，由其生产制造的支架在血管血流重建的过程中会给血管起到支撑作用，在完成血管血流重建工作后就会在体内降解，一般分解成二氧化碳和水随血液流动排出体外。但由于高分子聚合物材料结构的特点，生物可降解材料制成的支架在径向强度上往往存在不足，需要对其制备生产材料进行进一步的研究了解^[4-6]。

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