二乙烯基苯空心泡沫微球的制备与表征

摘要

当今世界随着生产力的迅猛发展，能源问题日益严重，清洁、高效将是人类以后对能源来源的终极要求。惯性约束核聚变（Iertial Confinement Fusion，ICF）能作为一种新能源得到越来越多的关注。ICF研究中，为了提高能量增益，需要尽量降低靶丸的密度，提高燃料的浓度。泡沫材料具有多孔，高比表面积的特点，不仅可以吸附大量燃料液态氘氚，而且通过泡沫结构中微米级的蜂窝孔径有助于固体氘氚形成较细的晶粒，有效提高表面光洁度，最终形成具有光滑表面的冰层。所以，泡沫多孔聚合物空心微球作为一种可以获得能量高增益的靶型正在得到越来越多的关注，并开始作为低温冷冻靶应用于ICF实验中。
　　 靶丸的设计者认为泡沫材料的元素组成以只含有C、H为最好，所以，二乙烯基苯（DVB，C10H10）泡沫多孔聚合物作为一种可以获得能量高增益的靶型正在得到越来越多的关注，并开始作为低温冷冻靶应用于ICF实验。本论文主要目的是制备适用于ICF研究的空心泡沫微球。
　　 首先，本文根据微乳液技术和微流体技术，参考相关文献，设计组装了几套双重微乳粒的制备装置，其中包括三喷嘴双重微乳粒制备装置、T型微通道双重微乳粒制备装置、双T微通道微乳粒制备装置和新型三喷嘴双重微乳粒制备装置。利用这几种装置，以DVB的邻苯二甲酸二丁酯溶液为中间油相，制得了直径0.6～4.0mm，壁厚80～3500μm的DVB双重微乳粒。同时分析了各装置的优缺点，讨论了各装置对双重微乳粒尺寸控制的影响因素。然后，利用水平旋转水浴加热方式，使所制得的DVB双重微乳粒凝胶固化，优化了实验条件，提高了双重微乳粒到凝胶微球的转化率，再利用超临界CO2干燥方式将凝胶后微球干燥，避免了常压下干燥出现的泡孔收缩坍塌的现象发生，但仍有较大的收缩。其次，利用各种测试方法包括光学显微镜、电子扫描显微镜和X射线透射显微镜等，对所制得的DVB空心泡沫微球的尺寸和形貌进行了表征，结果显示所制得的DVB空心泡沫微球球形度大于99％，不同心度小于5％，符合ICF实验要求。最后，通过界面缩聚在微球表面进行了聚对乙烯基苯酚（PVP）涂层，对DVB凝胶微球涂层做了初步研究，为以后对DVB微球外层进行聚合物辉光放电涂层（GDP）做好了准备。