微流控技术制备相变微胶囊的研究

发布时间：2017-11-11 01:02

  本文关键词：微流控技术制备相变微胶囊的研究

  更多相关文章： 微流控技术 相变微胶囊 液滴制备 粒径控制 胶囊表征

【摘要】：能源是影响人类社会发展的重要因素之一。相变储能技术的运用对于解决能源供求在时间和空间上不匹配这一矛盾具有重要的意义。在相变材料的应用中,相变微胶囊是其中重要的一部分。相变微胶囊可以克服相变材料容易泄漏、相分离、过冷等缺点,大大的扩展相变储能材料的应用范围。目前制备相变微胶囊的方法很多,但是这些方法制备出的胶囊存在粒径不可控,大小不均,形貌不规则,包覆率低等缺点,这些问题的存在不仅给相变微胶囊带来了科研上的困难,也使得实际生产应用中出现很多弊端。为了解决这些问题,本文将液滴微流控技术与相变微胶囊的制备技术结合起来,首先根据胶囊包裹材料的亲疏水性设计制作了专用的微流控芯片；然后分别研究了本文制备的PDMS(聚二甲基硅氧烷)微流控芯片、玻璃微流控芯片和三通微流控装置控制液滴生成的机理及其控制方法；最后使用PDMS芯片和玻璃芯片成功制备出了包裹水性和油性相变材料的相变微胶囊。使用视频接触角测量仪、光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、差示热扫描仪等对微流控芯片和相变微胶囊进行观察和表征,总结出微流控技术制备相变微胶囊的基本原理与制备方法,并研究了微流控制备的相变微胶囊的形貌和物性特点。芯片的设计制作：根据使用的流体和芯片材质的表面特性,芯片制作工艺水平和微流控中的流体流动理论计算出通道尺寸,使用软光刻法和塑模法可以按照设计要求精确制作出聚焦流型PDMS微流控芯片；将玻璃毛细管通过简单拉丝和组装,制备出同轴流型玻璃微流控芯片；使用peek材质的三通,可以组装成3D结构微流控装置。这三种芯片被用于后续的研究。液滴的制作与表征：研究微流控芯片乳化油性和水性流体的作用机理和控制方法。使用三种芯片对硅油和水进行了乳化实验,通过改变进口液体的流速,制备出30μm-300μm大小范围的多种液滴。使用光学显微镜对使用微流控芯片制备出的液滴都具有大小均一,形貌规整呈球形,粒径可控这些特点。相变微胶囊的制作与表征：以玻璃芯片为实验平台,十九烷为相变材料囊芯,聚脲为囊壁成功制备出了十九烷-聚脲相变微胶囊。平均粒径为200pm,熔点为31.6℃,相变潜热为180J/g。胶囊球形度高、包覆完整、囊壁柔韧性好,囊壁上自然形成的褶皱结构有利于在反复的相变过程中保持胶囊的稳定性。以PDMS微流控芯片为实验平台,水为囊芯,聚脲为囊壁成功制备出了水-聚脲相变微胶囊,平均粒径为80μm。水胶囊在油相中可以较长时间保存,呈规则的球形结构,外壳包覆完整。在空气中放置时,水胶囊会缓慢的发生失水现象,通过电镜观察,发现水胶囊囊壁成海绵状结构,部分区域致密度低,这是导致胶囊内部水分散失的主要原因。
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB34

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本文编号：1169107