微流控技术中双重乳粒尺寸调控规律的研究

在采用乳液微封装技术制备惯性聚变用聚-α-甲基苯乙烯(PAMS)靶丸芯轴过程中,以氟苯为油相溶剂,水溶性聚合物水溶液为外水相制备水包油包水(W1/O/W2)双重复合乳粒,对复合乳粒进行固化干燥得到PAMS靶丸芯轴.本文设计搭建了一套双重同轴乳粒发生器,用微流控技术产生PAMS靶丸复合乳粒,该乳粒发生器采用两种不同结构:"两步法"通道与"一步法"通道.研究了利用此乳粒发生器制备复合乳粒过程中,乳粒形成机理及三相流速对乳粒尺寸调控规律.实验结果显示,乳粒发生器结构上的细小差异会极大地影响乳粒形成机理以及尺寸变化规律.在"两步法"通道结构中,内水相流速对复合乳粒的形成及外径无明显影响,而外径随外水相流速的变化规律与单乳粒实心液滴(O/W2)尺寸变化规律相同;在固定体系中,乳粒尺寸取决于内水相与油相流速之和及外水相流速,而与内水相和油相流速之比无关.然而在"一步法"通道中,由于W1-O界面的存在,内水相流速对复合乳粒外径的影响非常大;复合乳粒外径不仅与内层相界面的界面张力大小有关,还与内水相与油相流速之比有关.最后,将实验中的双重复合乳粒置于水溶性聚合物水溶液中进行固化,得到毫米级空心聚合物微球.     

多元丙烯酸酯泡沫微球的制备

 利用自行设计的三喷嘴乳粒发生器,实现了多元丙烯酸酯空心泡沫微球的可控连续制备。通过配制内层为水,中间层为多元丙烯酸酯单体溶液,外层为聚乙烯醇溶液的水/油/水乳液,在紫外光照射时,室温条件下成功快速地制备出粒径1.5~4.0 mm的多元丙烯酸酯泡沫微球。利用扫描电镜、X光机等测试手段对微球的形貌、表面特性进行了研究,结果显示：泡沫微球的高聚物骨架的折射率约为1.50,由大量分散的蜂窝微孔组成,蜂窝的直径不超过1 μm;多元丙烯酸酯泡沫微球的成活率高达93%,单分散性较好。     

离子型表面活性剂对双重乳粒分散性能的影响

为了改善臭氧处理PS单层球与PVA溶液生成的双重乳粒在油相中的分散性,采用了低分子量阴离子型表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)及高分子量混合型表面活性剂十八烷基胺聚氧乙烯醚双季铵盐(PAVDA)来改性该种PS单层球,测试并分析了不同表面活性剂对相应薄膜亲水接触角及其对PVA吸附速率的影响,同时也考察并对比了静电排斥作用和空间位阻作用对双重乳粒分散性的影响。实验结果表明这三种表面活性剂均能不同程度的改善双重乳粒在油相中的分散性。其中,经SDS和SDBS处理后,双重乳粒在油相中固化时会发生絮凝作用而无法以较高成活率制得大尺寸双层球;经PAVDA处理PS单层球后,实现了以较高的成活率制得700~900μm的PS-PVA双层空心微球。同时,也表明在改善PS单层球的分散性方面,空间位阻稳定作用较静电排斥作用更为有效。     

非离子型表面活性剂Tween 20对大尺寸双层空心微球制备的影响

为了改善臭氧处理聚苯乙烯(PS)单层球与聚乙烯醇(PVA)溶液生成的双层乳粒在油相中的分散性,提高大尺寸双层球的成活率,在双层球制备过程中采用了非离子型表面活性剂Tween 20(T-20)来改性该种PS单层球。结果表明经表面活性剂T-20改性后显著降低了PS薄膜的亲水接触角,提高了PS与PVA间的相互作用,同时也大幅度提高了PS薄膜对PVA的吸附速率。红外光谱和紫外-可见分光光度计的测试结果证明:在PVA固化过程中,由于PVA与T-20的相比太大,PS表面吸附的表面活性剂T-20部分会被PVA置换、迁移至PVA溶液中。T-20的迁移提高了制备双层球过程中水相与外油相的粘度比且显著降低PVA溶液表面张力,从而有利于实现双重乳粒在油相中的单分散。因此,T-20是制备大尺寸PS-PVA双层空心微球有效的表面活性剂。     

大直径W1/O/W2乳粒的稳定性

在准静态条件和旋转流体场中采用乳液微封装技术制备约2 mm的大直径W1/O/W2乳粒,研究了有机相浓度和水溶性聚合物浓度对W1/O/W2乳粒稳定性的影响。从乳粒受力和变形的角度,探索了旋转流体场对W1/O/W2乳粒动力学稳定性的增强作用机制。研究表明:无论是在准静态条件下还是旋转流场中,乳粒稳定性都随聚苯乙烯浓度单一上升,随聚乙烯醇浓度呈现先上升后下降的趋势;相对于准静态条件,旋转流体场在一定条件下对大直径W1/O/W2乳粒的动力学稳定具有明显增强作用。     

二乙烯基苯泡沫空心球微流体成型技术

基于微流体成型技术,设计开发了一套用于微胶囊制备的T型微通道乳粒发生器,并利用该装置实现了二乙烯基苯空心泡沫微球的连续制备。以二乙烯基苯的邻苯二甲酸二丁酯溶液为油相,以聚乙烯醇的水溶液为外水相,去离子水为内水相,成功制备出二乙烯基苯双重微乳液,并采用水平旋转加热装置使其凝胶固化,再经过溶剂交换、CO2超临界干燥等过程,制备出直径700～1200μm、壁厚60～100μm、密度90～120mg.cm-3的二乙烯基苯空心泡沫微球。利用光学显微镜、扫描电镜和X-透射显微镜表征,结果显示:微胶囊球形度、同心度和壁厚均匀性较好,成活率较高,直径单分散性较好,外表面较粗糙。     

毫米级单分散聚-α-甲基苯乙烯空心微球制备

采用汇聚式双重乳液发生器通过乳液微封装技术制备得到了毫米级单分散的聚--甲基苯乙烯空心微球。初步研究了各相流速对乳液形成过程、乳液直径及其分散度的影响。基于获得的单分散双重乳液,采用旋转蒸发方式固化得到了分散度小于3%、直径800~1200 m的聚--甲基苯乙烯空心微球。     

大温差高速燃气喷水冷却器喷嘴阵列设计

喷水冷却器用于某高温燃气流风洞,其功能为将温度3600 K,流量1100 m~3/s,入口流速120 m/s的大流量高温高速燃气降温至673 K。冷却器采用直接喷淋设计,以雾化喷嘴阵列将水喷入燃气流场中,利用水的汽化潜热冷却燃气。本文主要讨论了喷嘴阵列的设计。采用数值仿真方法,基于DPM(离散相)模型,对燃气冷却器内部的两相流动、传热和传质情况进行了数值模拟。应用该模拟方法,首先研究了影响冷却器内流场的关键因素;而后经过多方案迭代设计,得出了可行的喷嘴阵列构型;最后进行了喷嘴阵列性能实验,对该构型下冷却器的性能进行了验证,结果优于设计指标。以上述工作为基础,本文还提出了一些冷却器用喷嘴阵列的设计方法。     

喷射型单重态氧发生器性能研究

单重态氧发生器作为氧碘化学激光的核心部件,为化学激光器提供化学能。通过对工业喷射器及旋风分离器的研究,结合产生单重态氧的化学反应环境,进行了大量模拟及设计改进工作,研制了一种新型喷射型单重态氧发生器,并进行了相关实验研究。喷射型单重态氧发生器利用喷嘴能够产生比传统发生器类型更多的气液表面,获得足够的反应效率,可以大幅度降低发生器液体使用量,从而减小发生器辅助系统,提高体积效率。为满足O2（1）停留时间短及分离效率高的要求,利用气液两相喷射的高初速度以旋风分离器完成气液分离。新型发生器氯气利用率可达97%~99%,其O2（1）产率为40%~50%。     

紧凑型纳秒高压脉冲发生器研制

研制了一台紧凑型纳秒高压脉冲发生器。该发生器主要由铁芯变压器、脉冲形成线、油间隙自击穿开关组成。在变压器和形成线之间加入了一个50 pF的谐振电容和1.15 mH的谐振电感,通过三谐振设计,使发生器在不降低输出电压的情况下,降低了变压器次级绕组的电压,实现了脉冲发生器小型化。对该发生器进行了详细的设计、模拟和实验,结果表明:该发生器可在二极管上输出峰值约500 kV、脉宽2.2 ns的高压脉冲;电子束二极管产生的X射线在距二极管靶窗20 cm处辐射剂量为20 mR,可用于辐射探测系统闪烁体的时间响应测量。     

塑料微球表面制备聚乙烯醇涂层研究进展

在聚苯乙烯（PS）-聚乙烯醇（PVA）-碳氢聚合物（CH）三层球的设计中制备PVA涂层的方法主要包括乳液微封装法、炉内成球涂层法、浸(旋)涂法、界面缩聚法及喷涂法等,前三种方法目前最为常用。总结了前三种制备PVA涂层方法的优缺点及目前的研究和制备现状。乳液微封装法适合于500 m以下小尺寸双层球的制备,具有微球成活率高、产品质量较好等优点,但制备过程受人为因素影响较大,且不易制备大直径双层球。炉内成球涂层法也适用于小尺寸双层球的制备,其制备周期短,但液滴发生器的设计苛刻,PVA层的均匀性差,且不易制得较大尺寸的双层球。浸（旋）涂法可制备1000 m以上的大直径双层球,但该方法中影响PVA涂层铺展的因素较多,得到的PVA涂层均匀性较差,且涂层很薄。     

Discovery of naked charm particles and lifetime differences among charm species using nuclear emulsion techniques innovated in Japan

This is a historical review of the discovery of naked charm particles and lifetime differences among charm species. These discoveries in the field of cosmic-ray physics were made by the innovation of nuclear emulsion techniques in Japan. A pair of naked charm particles was discovered in 1971 in a cosmic-ray interaction, three years prior to the discovery of the hidden charm particle, J/Psi, in western countries. Lifetime differences between charged and neutral charm particles were pointed out in 1975, which were later re-confirmed by the collaborative Experiment E531 at Fermilab. Japanese physicists led by K.Niu made essential contributions to it with improved emulsion techniques, complemented by electronic detectors. This review also discusses the discovery of artificially produced naked charm particles by us in an accelerator experiment at Fermilab in 1975 and of multiple-pair productions of charm particles in a single interaction in 1987 by the collaborative Experiment WA75 at CERN.     

从高山乳胶室族事例研究强相互作用在碎裂区的特征

利用高山乳胶室小族事例,分析了族内簇射能谱指数与族的流强的关系.蒙特卡洛模型很好地再现了实验现象的主要特征,说明在10¹⁴—10¹⁵eV能区强相互作用在碎裂区的行为没有剧烈变化.     

Theoretical prediction of latent track regression in neutrino experiment with nuclear emulsions

We try to predict the sight of neutrino interaction inside nuclear emulsion after long exposure. It is very important because regression decreases the grain density on charge particle tracks.     

Study of the polymorphism of binary solutions of molecular substances in microsamples

Previous studies have shown that certain molecular substances taken in microsamples (droplets of about 1 μm³ in volume dispersed within an emulsion) crystallize into metastable crystalline phases. These compounds are studied in solution with benzene which does not show metastable polymorphism. The binaries benzene-1-2 dichlorobenzene, benzene-chloroform and benzene-nitrobenzene in emulsion are investigated by D.S.C. techniques. Metastable phases appear, too, and it is possible to draw metastable liquidus and locate metastable eutectics in the phase diagrams. In benzene-chloroform solution at least one new metastable phase is detected. In the benzene-nitrobenzene binary a metastable phase is detected, although neither benzene nor nitrobenzene show a metastable crystalline phase when they are pure.     

高斯光束中吸收双层球形微粒的横向光俘获

为了研究吸收双层球形微粒的横向光俘获,基于几何光学模型提出了双层带吸收球形微粒的光俘获模型,对TEM₀₀模式高斯光束照射下外层有光吸收的双层电介质球形微粒受到的横向光俘获力进行了数值模拟,取得了光俘获力特性的一系列结果.结果显示,双层球形微粒的外层吸收系数对包括稳态俘获位置,峰值强度,稳态俘获的刚度等光俘获特性有很大影响.此外,内外径的比率对吸收双层球形微粒的光俘获特性也有调制性的影响.在一定条件下,带吸收的双层球形微粒可以被俘获在光轴上,也可能被俘获在中心在光轴上的圆环上. 关键词： 光俘获 几何光学模型 高斯光束 吸收双层球     

T型微通道内溶胶液滴形成过程

以制备空心玻璃微球的前体溶胶和硅油为原料,采用实验观测和数值模拟的方法,对T型微通道内溶胶乳液形成过程进行研究。基于液滴的受力分析,建立了液滴形成过程的数学模型,探讨了液滴大小的变化规律。研究结果表明:对于给定的物料体系和T型微通道,通过改变两相流量可以有效地控制液滴尺寸;在相同的分散相流量条件下,增大连续相流量可以减小液滴尺寸,但连续相流量大到一定程度后,这种效果逐渐减弱;在给定的连续相流量条件下,分散相流量越大,液滴直径越大;利用数学模型计算出的液滴直径与实验值偏差在10%左右。根据模拟结果和摄像分析,液滴产生过程经历了静态长大和缩颈剥离两个主要阶段。