基于易组装双T通道乳液发生器装置的聚丙烯腈厚壁靶丸制备及碳化研究探索

摘要

核聚变能是一种无放射性的清洁能源，随着人们对聚变的不断研究和探索，人们已经认识到了核聚变能越来越多的优势。激光惯性约束聚变(ICF)实验对所使用的微球靶丸要求非常严格，靶丸材料的性能直接影响到ICF实验的成功与否。ICF靶丸材料各具优势与缺陷，其中聚合物空心微球聚焦于多种不同的聚合物材料，通过对比聚合物材料各自的特性，利用聚合物易于改性的特点，在理论上可制备出性能优良的聚合物空心微球。聚丙烯腈(PAN)化学物理性质稳定，具有较强的抗腐蚀性能和抗辐射性能，并且对于氢同位素的渗透率大大降低，有利于燃料的储存和保持。本文以聚丙烯腈空心微球制备工艺的确立和厚壁聚丙烯腈空心微球(内直径和壁厚分别为220±20μm和90±10μm)的制备以及厚壁聚丙烯腈空心微球的预氧化处理为主要内容。
　　本文主要研究内容:
　　1.聚丙烯腈空心微球制备工艺的确立:在以搭建的双T型通道的微乳粒发生器为装置的基础上，通过对比由不同溶液组成的三相体系制备的双重乳液实验现象，分析双重乳液的生成情况以及不同溶液组分的影响，最后得到最适合制各聚丙烯腈空心微球的三相溶液体系。
　　2.厚壁聚丙烯腈空心微球的制备:在确立了制备聚丙烯腈空心微球的三相溶液体系后，通过调整溶液浓度以及微乳粒发生器的三相溶液流速，可以得到厚壁的聚丙烯腈双重溶液，由于壁厚较厚，在固化过程中难于保持壁厚均匀性，因此通过讨论固化温度以及外油相的粘度对厚壁聚丙烯腈双重乳液的壁厚均匀性和球形度的影响来得到具有良好壁厚均匀性和球形度的厚壁聚丙烯腈空心微球。
　　3.厚壁聚丙烯腈空心微球的预氧化处理:通过设置不同预氧化温度以及不同预氧化升温速率的实验条件，可得到不同物理结构和化学结构的聚丙烯腈预氧化空心微球。主要物理结构变化有皮芯结构的产生和芯部孔洞的产生。伴随着物理结构的变化，其化学结构也发生了变化，主要通过红外、元素分析进行判断。并分析了皮芯结构随实验条件变化的趋势以及讨论了芯部孔洞产生的原因。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 聚变能—理想的未来能源

1．1．2 激光惯性约束聚变(ICF)

1．2 ICF靶丸材料

1．2．1 空心陶瓷微球

1．2．2 空心玻璃微球

1．2．3 空心金属微球

1．2．4 空心聚合物微球

1．2．5 靶丸泡沫材料

1．3 ICF靶丸制备工艺研究

1．3．1 液滴炉技术

1．3．2 干凝胶炉技术

1．3．3 降解芯轴工艺技术

1．3．4 乳液微封装技术

1．4 课题的提出与研究思路

1．5 本论文的主要研究内容和意义

参考文献

第二章 聚丙烯腈空心微球制备工艺的确立

2．1 引言

2．2 实验材料和仪器

2．2．1 实验材料

2．2．2 实验仪器

2．3 双重乳液的制备

2．3．1 溶液的配制

2．3．2 乳粒发生器装置

2．3．3 双重乳液的生成

2．4 双重乳液的固化和干燥

2．4．1 双重乳液的固化

2．4．2 聚丙烯腈微球的干燥

2．5 实验结果与讨论

2．5．1 硝基甲烷体系

2．5．2 油／水／油(O1／W／O2)体系

2．5．3 微气泡体系

2．6 小结

参考文献

第三章 厚壁聚丙烯腈空心微球的制备

3．1 引言

3．2 实验材料和仪器

3．2．1 实验材料

3．2．2 实验仪器

3．3 厚壁聚丙烯腈空心微球的制备

3．3．1 厚壁聚丙烯腈双重乳液的生成

3．3．2 厚壁聚丙烯腈双重乳液的固化和干燥

3．4 厚壁聚丙烯腈微球的表征

3．4．1 密度和粘度

3．4．2 壁厚均匀性和球形度

3．5 实验结果与讨论

3．5．1 厚壁聚丙烯腈微球的制备

3．5．2 温度对O1／W复合乳粒与O2相密度匹配的影响

3．5．3 O2相粘度对厚壁聚丙烯腈微球壁厚均匀性和球形度的影响

3．6 小结

参考文献

第四章 聚丙烯腈空心微球的碳化

4．1 引言

4．2 实验材料和仪器

4．2．1 实验材料

4．2．2 实验仪器

4．3 测试方法

4．3．1 热分析测试

4．3．2 扫描电子显微镜表征和能谱分析

4．3．3 傅里叶变换红外光谱测试

4．3．4 X射线小角衍射测试

4．4 聚丙烯腈空心微球的预氧化工艺

4．5 结果与讨论

4．5．1 聚丙烯腈碳空心微球的皮芯结构

4．5．2 聚丙烯腈空心微球的预氧化过程中的化学变化

4．5．3 聚丙烯腈预氧化空心微球的元素变化

4．5．4 聚丙烯腈碳空心多孔微球

4．6 小结

参考文献

第五章 总结与展望

5．1 论文总结

5．2 论文的创新点

5．3 今后的工作

硕士期间发表的论文及申请的专利

致谢