การพัฒนาแบบจำลองลวดลายระดับจุลภาคของพื้นผิวน้ำไม่เกาะด้วยวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์

Development of micro-pattern models of hydrophobic using the finite element method

Name: ฐิติกานต์ ภัควันต์

ThaSH: มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ -- วิทยานิพนธ์. วศ.ม. (วิศวกรรมเครื่องกล) 2562.

Classification :.LCCS: TA418.7

ThaSH: มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์. -- สาขาวิศวกรรมเครื่องกล -- วิทยานิพนธ์

ThaSH: พื้นผิววัสดุ (เทคโนโลยี)

ThaSH: โลหะ -- พื้นผิว

ThaSH: ความเค้น

ThaSH: ไฟไนต์เอลิเมนต์

Abstract: ลวดลายระดับจุลภาคประกอบด้วยกลุ่มของไมโครพิลลาร์ที่มีการจัดเรียงกันอย่างเป็นระเบียบ สร้างจากวัสดุโพลีไดเมทิลไซล๊อกเซน (polydimethylsiloxane, PDMS) ด้วยเทคนิคซอล์ฟลิโธกราฟี (soft lithograghy) ที่ศูนย์เทคโนโลยีไมโครอิเล็กทรอนิกส์ และด้วยเทคนิคใหม่ roll-to-roll nano-imprint lithography (R2R NIL) ทำให้มีความจำเป็นที่จะต้องลดความหนาของฐานลงจาก 1,910 µm ให้เหลือ 150 µm งานวิจัยนี้มุ่งเน้นในการพิจารณาแบบจำลองวัสดุไฮเปอร์อิลาสติกที่เหมาะสมที่สุดในการอธิบายพฤติกรรมเชิงกลของวัสดุ PDMS ภายใต้แรงกด แบบจำลองวัสดุของมูนี่-ริฟลิน 2, 3 และ 5 ตัวแปร, ออกเดน อันดับที่ 1, 2 และ 3, นีโอ-ฮุกเกียน, โพลิโนเมียล อันดับที่ 1 และ 2, อาร์รูดา-บอยส์, เจนต์และโยห์ อันดับที่ 1, 2 และ 3 ถูกนำมาวิเคราะห์ด้วยโปรแกรม ANSYS Mechanical APDL เปรียบเทียบความแม่นยำของแบบจำลองวัสดุกับผลการทดสอบจากห้องปฏิบัติการภายใต้แรงกดด้วยวิธี sum square of error (SSE) อีกทั้งยังวิเคราะห์ผลของการลดความหนาของฐานและเปรียบเทียบความแข็งแรงภายใต้แรงกดของลวดลายระดับจุลภาคที่ไมโครพิลลาร์มีรูปทรงและการจัดเรียงที่แตกต่างกัน ได้แก่ ลวดลายชนิด F3, F4, F8 และ F13 โดยลวดลายที่ได้กล่าวมาข้างต้นมีการจัดเรียงของไมโครพิลลาร์บนฐานหนา 150 µm จากการวิเคราะห์พบว่าแบบจำลองวัสดุที่เหมาะสมที่สุดในการวิเคราะห์วัสดุ PDMS ภายใต้แรงกด คือ แบบจำลองวัสดุของมูนี่-ริฟลิน 5 ตัวแปร อย่างไรก็ตามการใช้แบบจำลองวัสดุนี้จะต้องอยู่ภายใต้เงื่อนไขขอบเขตที่ช่วงความเครียดต่ำ ๆ เท่านั้น และความหนาของฐานมีผลต่อความแข็งแรงตามแนวแกนกด กล่าวคือ เมื่อความหนาของฐานลดลง ความแข็งแรงตามแนวแกนกดจะมีค่าลดลงในขณะที่ค่าความแข็งเกร็งของไมโครพิลลาร์มีค่าเพิ่มขึ้น โดยที่แรงกดที่มากที่สุดต่อหนึ่งไมโครพิลลาร์ของฐานหนา 1,910 µm และ 150 µm มีค่าเท่ากับ 21.06 µN และ 18.55 µN ตามลำดับ นอกจากนี้การเปรียบเทียบความแข็งแรงของลวดลายระดับจุลภาคภายใต้แรงกดพบว่าลวดลายชนิด F13 คือ ลวดลายรูปทรงผิวฉลาม (sharklet pattern) มีความแข็งแรงมากที่สุด Micro-pattern sheet consists of a group of micropillars which were fabricated from Polydimethylsiloxane (PDMS) material by soft lithography techniques at Thai Microelectronics Center (TMEC). With the new roll-to-roll nano-imprint lithography (R2R NIL) fabrication technique, the substrate thickness of the micro-pattern sheet could be reduced from 1,910 µm to 150 µm. This research aimed to investigate the most suitable material models to describe the structural behaviours of the PDMS material under compressive loading and to study mechanical behaviours of PDMS micro-pattern sheet with two substrate thicknesses of 1,910 µm and 150 µm by using ANSYS Mechanical APDL program. The constitutive model consisted of Mooney-Rivlin (2, 3 and 5 parameters), Ogden (1st, 2nd and 3rd orders), Neo-Hookean, Polynomial (1st and 2nd orders), Arruda-Boyce, Gent and Yeoh (1st, 2nd and 3rd orders) models were curved fitting with experiment data from uniaxial compression test. The accuracies of the PDMS material models were evaluated from sum square of error (SSE) method. Moreover, micro-pattern sheet with the substrate thickness of 150 µm having difference micropillar array patterns (F3, F4, F8 and F13) were analyzed and compared their compressive strength. We found that the most suitable material model was Mooney-Rivlin 5 parameters; however, the accuracies would valid only low strain range. The compressive strength of micropillars depended on substrate thickness. As the substrate thickness decreased, the compressive strength decreased while the elastic stiffness increased. The maximum compressive forces per one micropillar were 21.06 µN for the 1,910 µm thick substrate and 18.55 µN for 150 µm thick substrate. Furthermore, with 150 µm thick substrate, F13 pattern (sharklet pattern) obtained the most compressive strength

มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์. สำนักหอสมุด

Address: กรุงเทพมหานคร

Email: tdckulib@ku.ac.th

Name: ธำรงค์ พุทธาพิทักษ์ผล

Role: อาจารย์ที่ปรึกษาวิทยานิพนธ์หลัก

Name: นิธิ อัตถิ

Role: อาจารย์ที่ปรึกษาวิทยานิพนธ์ร่วม

Created: 2562

Modified: 2567-06-06

Issued: 2567-06-06

วิทยานิพนธ์/Thesis

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

URL: https://kasetsart.idm.oclc.org/login?url=http://www.lib.ku.ac.th/KUthesis/2562/thitikan-pak-all.pdf

CallNumber: TA418.7.ฐ34

tha

DegreeName: วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต

Level: ปริญญาโท

Descipline: วิศวกรรมเครื่องกล

Grantor: มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์

©copyrights มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	thitikan-pak-all.pdf	14.29 MB	5	2024-07-26 21:13:56

ใช้เวลา

0.021657 วินาที