复杂结构微粒的设计与研究及其在核燃料制备中的应用

发布时间：2020-07-10 12:29

【摘要】：聚合物微球在人类发展中具有较长的应用历史,并且在现代社会中扮演着越来越重要的作用。传统制备聚合物微球的方法例如悬浮聚合法、乳液聚合法、分散聚合法和种子聚合法等已经不能满足对于结构复杂和功能多样性的聚合物微球的制备要求。微流体技术作为一种新颖的制备微米级聚合物微球的方法在国内外引起越来越广泛的关注。它是一种通过尺寸在几十到几百微米的微通道或者毛细管来控制和加工微小液滴的技术,可制备出尺寸、成分、形状得到精确控制的单分散液滴。经过近十年的发展,微流体制备单分散液滴的相关技术已经趋于成熟。在微流体装置的设计和制作、液滴的形成机制、液滴尺寸控制等方面都取得了较为完善的研究成果。同时,在利用微流体技术制备复杂结构的复合液滴和微球方面也有广泛的研究。实现了核壳型、Janus型、多重结构型以及多成分核液滴的复合型液滴的制备,同时精确控制液滴的尺寸和形貌。本实验室在微流体领域已有多年的技术积累,在制备核壳型复合液滴方面也做了深入研究。本文在前人研究成果的基础上,主要做了以下几个方面的研究：1、利用基于毛细管的微流体技术制备了极性异性Janus液滴,探索其结构特征与实验参数的关系,并在此基础上获得了一个描述这种关系的经验方程。该方程不仅对于制备Janus液滴具有指导意义,也反映了液滴结构转变的规律;2、利用基于毛细管的微流体技术制备尚无人报道实现过的Janus核壳微球。Janus核壳微球同时具备Janus结构和核壳结构微球特点和性质,在药物输送领域具有重要应用。本文不仅成功制备了Janus核壳微球,对其形貌控制和核数目控制也做了探讨；3、将制备Janus核壳微球的方法应用于制备ce02模拟核燃料微球,克服了以往必须在低温下制备的弊端,实现了常温制备；4、初步尝试利用微流体技术制备单分散香精微球,对微球内部结构和香精释放速率进行了研究；5、对微流体技术的发展趋势以及未来的发展方向进行了调研和讨论。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TL352.2;TQ317
【图文】：

流结构,聚焦结构,微流体,几何结构

根据微通道或者毛细管端口流体破裂成液滴处微通道的几何结构，可以将微流体装置分成三类：同心流结构，T型结构，流体聚焦结构，如图1所示。同心流结构主要由两个同轴的通道构成，内通道通入分散相，外通道通入连续相，这2

微流体,技术制作,微通道,毛细管

另一种制作微流体装置的方法是利用毛细管、三通连接件和导管等零件组装而成，如图2(b)所示。毛细管由三通一端口进入，贯穿三通，插入到输出导管中，输入导管与三通另一入口相连，导入连续相。图示微流体装置为同心流结构，通过改变毛细管端口处的导管的管径，可以实现流体聚焦结构的制作。T型结构一般不应用在基于毛细管的微流体装置中。这种利用零件组装的方法制作的微流体装置的优点有以下几点：一是装置可拆卸，由于是由单个的零件组装而成，可以方便地进行拆卸和重装；二是可以对毛细管进行并联和串联，制作结构较为复杂的装置；三是可以根据需要选择不同材质的毛细管，满足不同性质流体的要求，避免了对材料进行复杂的改性处理。四是装置堵塞的可能性降低，即使毛细管发生堵塞

粒径分布,微流体,液滴,粒径分布

流体装置和流场雷诺数都对分散系数具有一定的影响。TakasiNisisako等利用T型和Y型两种结构微流体装置制备聚合物微球【15】，如图5所示。利用T型通道制备粒径在30-120um之间的微球，所得分散系数低于2%;利用Y型通道制备粒径在90-190um之间的微球，所得分散系数小于1%。并且分散系数随着雷诺数的增大而增大。另一方面，液滴分散模式对分散系数也有较大影响。fa)_ (c) (d) '<?1( 1 mm { r-………一一—、秘 j一 ^ <一胸> ： ~ 丨口 r _ J— 繁输。色}r*1(b) r> IkJW fiow J g m(taOnrrs* lOOnm) (!20~*nx tOO^I | ^ i W[jj i2^0 r> X ！00 柳 e ◎ I，?，" 1 ■'i ，科 ? ??图5 (a)T型微流体装置；（b)Y型微流体装置；（c)T型微流体装置制备液滴的尺寸和粒径分布；（d)Y型微流体装置制备液滴的尺寸和粒径分布。关于液滴粒径大小控制，己有多篇文献进行了探讨研究【16-17】

【参考文献】