载气组份对空心玻璃微球炉内成球过程的影响

为实现惯性约束聚变靶用空心玻璃微球的干凝胶法高效制备,从数值模拟和工艺实验两个方面研究了载气组份对干凝胶粒子炉内成球过程及最终空心玻璃微球性能的影响。结果表明:载气组份显著影响粒子/微球与载气之间的热量和质量传递过程,但载气组份对粒子/微球在炉内的下落速度影响很小;提高载气中氦气的体积分数可以显著提高干凝胶粒子在吸热阶段的升温速率,更为迅速有效地完成封装过程,这不仅使得干凝胶粒子发泡成为空心球的比例增大,而且还有利于制备得到大纵横比的空心玻璃微球;但是,在载气中保持适当体积分数的氩气,有利于提高玻璃微球的表面质量和成品率。当载气中氦气的体积分数在50%~80%时,干凝胶粒子的成球率较高,空心玻璃微球的球形度、同心度和表面粗糙度能满足制靶要求。     

用于ICF靶的空心玻璃微球的干凝胶法制备

 为用干凝胶法制备用于ICF靶的空心玻璃微球（HGM），研究了载气组份、温度和压力对成球过程和HGM品质的影响，优化了制备工艺参数。结果表明：提高载气中氦气的含量，有利于增加干凝胶粒子的成球率和HGM的纵横比；适当提高载气中氩气的含量，有利于提高HGM的表面质量。降低载气压力可以提高HGM的纵横比；升高载气温度可以提高干凝胶粒子成球率和HGM品质。当载气中氦气的体积分数在50%~80%，载气压力在(0.75~1.00)×10⁵ Pa，载气温度在1 500~1 650 ℃时，干凝胶粒子的成球率较高，HGM的球形度、同心度和表面光洁度较好。制备得到了直径100~500 μm、壁厚0.5~3.0 μm的HGM，其耐压强度、抗大气侵蚀性能和表面粗糙度等指标均满足ICF物理实验要求。     

干凝胶炉法制备聚苯乙烯空心微球

研究了一步乳化法制备初始粒子的过程中相比及搅拌强度对初始粒子直径的影响 ,初步探讨了干凝胶炉内成球过程中 ,炉温、炉内气氛、压力等对聚苯乙烯 (PS)空心微球产率及同心度的影响。以分子量为 2 2万的聚苯乙烯制得了直径在 70～ 550μm的初始粒子 ,经乙醇浸泡后 ,制得了含 2 %质量分数发泡剂的干凝胶粒子 ,并在 Polymer-70 0干凝胶炉上制备出了外直径为 4 0 0～ 90 0 μm、壁厚为 2～1 0 μm、同心度≥ 95%的     

惯性约束聚变靶用空心玻璃微球的渗透性能

为实现对干凝胶法空心玻璃微球(HGM)渗透性能的有效调控,研究了初始玻璃配方、载气成分、精炼温度、精炼区长度、HGM壁厚对HGM渗透性能的影响。结果表明:当精炼温度低于1400 ℃时,初始玻璃配方对HGM渗透性能有显著影响。但是,随着精炼温度的升高和精炼区长度的延长,液态玻璃中碱金属氧化物的挥发比例逐渐增大,由不同初始玻璃配方制备的HGM对氘气的渗透性能逐渐趋近于相同。随着载气中氦气体积分数的降低或HGM壁厚的增大,室温下HGM对氘气的渗透系数逐渐减小。     

掺钛空心玻璃微球制备技术

为实现惯性约束聚变靶用空心玻璃微球的均匀掺杂,采用溶胶-凝胶技术结合炉内成球法,以钛酸四丁酯为掺杂剂,对钛掺杂玻璃溶胶-钛掺杂玻璃凝胶-钛掺杂干凝胶粒子-钛掺杂空心玻璃微球（Ti-HGM）这一掺钛空心玻璃微球的制备方法进行了探索。实验结果表明:掺钛效应使空心玻璃微球壁厚均匀性、同心度有所降低,但对壁厚、直径控制基本无影响;Ti与Si原子分数比为2.23%的Ti-HGM掺杂基本均匀,近70%微球的保气半寿命在一个月以上。     

载气环境对液态空心玻璃微球运动状态的影响

 研究了载气组份、温度、压力以及微球直径和壁厚对液态空心玻璃微球在炉内运动状态的影响。结果表明：在用干凝胶法制备空心玻璃微球工艺的常用载气组份、温度和压力范围内,载气的组份、温度和压力对相同直径和壁厚的液态玻璃微球在炉内运动速度的影响小于8.3%,但载气组份和压力对液态玻璃微球运动雷诺数和韦伯数的影响很显著。玻璃微球的直径和壁厚是液态玻璃微球运动速度、雷诺数和韦伯数的重要影响因素。提高载气中的氦气含量或降低载气压力可以降低载气对液态玻璃微球的非球形化作用,提高载气温度可以降低其球形化的阻力。     

精炼温度对空心玻璃微球性能的影响

为实现对惯性约束聚变（ICF）靶用空心玻璃微球（HGM）质量及性能的有效调控,研究了精炼温度对HGM批次产品中A级HGM百分数的影响,实验测试了不同精炼温度条件下HGM批次的平均直径和壁厚、抗张强度、对氘气的保气性能、表面粗糙度及其随时间的变化。测试结果表明:升高精炼温度并不是总有利于提高HGM的质量和性能; 当精炼温度低于1600 ℃时,满足ICF物理实验参数要求的HGM百分数随着精炼温度的增高而增加,但是,当精炼温度高于1600 ℃时,HGM的合格率则随着精炼温度的增高而显著下降; 随着精炼温度的升高,HGM的抗拉强度快速提高,表面粗糙度快速下降; HGM在室温下对氘气的阻气能力快速下降,且在大气中的潮解速率和程度显著降低。     

飞秒光丝阵列对10 GHz电磁波的吸收特性

为了研究飞秒光丝阵列对10 GHz电磁波的吸收特性,建立了飞秒光丝阵列吸收电磁波的有限元模型,研究了光丝内电子温度、电子数密度、光丝直径和电磁波的极化等参数对吸收系数的影响。研究结果表明:当电磁波偏振方向与光丝轴向垂直时,阵列对电磁波是透明的;增加光丝内电子数密度或提高电子温度,吸收系数先增大后减小;当光丝直径与电磁波趋肤深度相等时,吸收系数达到最大值。对于S极化电磁波,当光丝直径为50 μm时,吸收系数随入射角的增大而变大;当光丝直径为100~200 μm时,在入射角较小时,吸收系数随入射角的增大而变大;在入射角较大时会出现吸收峰值,最高可达0.45,且光丝直径越大,吸收峰值对应的入射角就越小;对于P极化电磁波,吸收系数随入射角增大而降低。     

炉内成球法制备PVA涂层理论模拟研究

 根据炉内成球法制备PVA涂层原理，建立了炉内成球法在PS微球表面制备PVA涂层的数学模型，并利用数值方法进行了求解，研究了初始PS壁厚和直径、载气种类、炉内温度、PVA含量等实验条件的影响。计算结果表明，包裹PS微球的PVA水溶液复合微球在下落过程中速度迅速增加，短时间内达到最大值后又逐渐降低；复合微球的PVA水溶液涂层厚度逐渐减少，微球表观密度降低；炉内温度较低时，PVA涂层不易烘干；空气和纯Ar做炉内气氛时，微球烘干时间延长，而在He和Ar混合气体中，随着He含量增加，微球烘干时间缩短；小直径PS微球及高含量PVA溶液有利于制备厚的PVA涂层。     

金属有机骨架复合体的相变热特性测试

本文对SA/Cr-MIL-101-NH_2复合相变材料进行了结构的表征及测试,采用Hotdisk法热常数分析仪测量热导率,通过比较法测量得到其比热容,并由差示扫描量热仪测量复合材料的相变特性,采用伪超临界路径方法模拟了SA在受限空间内的相变过程。研究结果表明:质量分数为70%的SA/Cr-MIL-101-NH_2复合材料热导率相比于纯SA提升了64.8%,增强了整个材料的传热性能,复合材料的比热容、熔点、潜热均随着负载量的增大逐渐增大,但均小于块材SA,质量分数为70%的复合材料潜热达到115.53 J/g,保证了材料的蓄热性能;模拟得到受限空间内SA的回转半径小于自由空间,链段柔韧性增强,导致其熔点降低。     

Low oil emulsion gel stabilized by defatted Antarctic krill (Euphausia superba) protein using high-intensity ultrasound

Emulsion gels with low oil contents have been continuously developed in recent decades. In this study, the use of high-intensity ultrasound for the preparation of low oil emulsion gel (oil fraction of 0.25) was investigated. Specifically, defatted Antarctic krill protein (dAKP) was used to stabilize the interface of soybean oil and water. Then, the microstructure and the stabilization mechanism of the formed emulsion gel were evaluated by cryo-SEM, CLSM, zeta potential, rheological measurements, and FTIR. Besides, the particle diameter was measured to be around 5 μm. The results of CLSM indicated that the emulsion gel was the oil-in-water type. The emulsion gel exhibited gel-like viscoelastic behavior even at a low concentration of dAKP due to the formation of a rigid particle network while the rheological behavior of the emulsion gel was significantly affected by the concentration of dAKP. The stabilization of the emulsion gel can be maintained by space steric hindrance and hydrophobic interactions between particles in the emulsion gel system.     

FTIR与XRD的均匀粒度分布Ce-Cu/TiO2空心微球制备机理研究

随着社会经济的发展,环境空气品质已经成为研究热点。TiO₂是一种化学稳定性高,耐腐蚀性强,对人体无毒无害的N型半导体材料。利用TiO₂的光催化性能提高室内环境空气品质已经成为研究焦点,但是由于TiO₂只能在紫外光源下才具有较高的光催化效率,而在可见光源下的光催化效率较低,从而极大的限制了TiO₂在室内环境领域的发展。因此,研发在可见光源下具有良好光催化性能的TiO₂复合材料势在必行。利用元素掺杂改性技术与提高比表面积方法可以改善光催化反应过程中量子效率和对光能的利用率,以加快电子和空穴向表面迁移的速率同时降低光生载流子的复合机率。以二氧化硅SiO₂为模板、聚乙烯吡咯烷酮为成膜剂、硝酸铈Ce(NO₃)₃·6H₂O和硝酸铜Cu(NO₃)₂·3H₂O为改性剂采用溶胶-凝胶法制备均匀粒度分布的Ce-Cu/TiO₂空心微球,并将制备过程分为四个阶段,即纳米SiO₂球模板的制备、Ce-Cu/TiO₂-SiO₂复合微球凝胶的制备、Ce-Cu/TiO₂-SiO₂复合微球的制备和Ce-Cu/TiO₂空心微球的制备。利用傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）与X射线衍射仪（XRD）对Ce-Cu/TiO₂空心微球的制备过程各阶段生成物进行测试与分析,即在纳米SiO₂球模板的制备阶段从微观角度研究纳米SiO₂球模板的搭建过程,在Ce-Cu/TiO₂-SiO₂复合微球凝胶的制备阶段研究TiO₂附着于纳米SiO₂球模板的过程,在Ce-Cu/TiO₂-SiO₂复合微球的制备阶段研究煅烧工艺对Ce-Cu/TiO₂-SiO₂复合微球中晶相与结构的影响,在Ce-Cu/TiO₂空心微球的制备阶段研究氢氧化钠溶液对Ce-Cu/TiO₂-SiO₂复合微球中纳米SiO₂球模板洗涤效果的影响。利用紫外-可见分光光度计（UV-Vis）对Ce-Cu/TiO₂空心微球的光响应性能进行测试与分析,以研究Ce-Cu/TiO₂空心微球对可见光源的利用效率。利用激光粒度分析仪（LPSA）与扫描电子显微镜（SEM）对Ce-Cu/TiO₂空心微球的粒度分布与微观形貌进行测试与分析,以研究Ce-Cu/TiO₂空心微球的均匀粒度分布效果。结果表明：以Si-O-Si基团构建非晶体结构的无定形态纳米SiO₂球模板,有利于聚乙烯吡咯烷酮在纳米SiO₂球模板表面附着,从而控制Ce-Cu/TiO₂空心微球的空腔结构。Ce-Cu掺杂基本进入TiO₂晶体,极少进入纳米SiO₂球模板晶体,从而抑制了Ce-Cu/TiO₂-SiO₂复合微球中TiO₂由锐钛矿相向金红石相的转变。Ce-Cu掺杂TiO₂可以促使TiO₂内部形成新的能级,实现能量较小的光子捕获e-和h+,从而提高Ce-Cu/TiO₂空心微球对可见光源的利用效率。Ce-Cu/TiO₂空心微球的表面光滑且不存在明显的缺陷,其形貌呈现良好的球体且粒径分布均匀,即d₉₀为219.54 nm,d₅₀为151.60 nm、d₁₀为103.84 nm,以及d₉₀-d₁₀为115.70 nm。研究结果为进一步获得可见光源下具有良好光催化性能的均匀粒度分布Ce-Cu/TiO₂空心微球提供理论依据和研究基础。     

Preparation and characterization of hydrophobic superparamagnetic magnetite gel

The present study describes the preparation and analysis of a highly concentrated hydrophobic oleic acid-coated magnetite gel. By contrast to conventional techniques to prepare magnetic fluids, herein the oleic acid was introduced as a reactant during the initial crystallization phase of magnetite that was obtained by the co-precipitation of Fe(II) and Fe(III) salts by addition of ammonium hydroxide. The resulting gelatinous hydrophobic magnetite was characterized in terms of morphology, particle size, magnetic properties, crystal structure, and hydrophobicity/hydrophilicity. This magnetic gel exhibited superparamagnetism with a saturation magnetization of 46.0 emu/g at room temperature and could be well dispersed both in polar and nonpolar carrier liquids. This protocol produced highly concentrated hydrophobic magnetic gel for biopolymer encapsulations.     

液体火箭有机凝胶喷雾液滴蒸发模型及仿真研究

凝胶推进剂虽然兼具有液体推进剂流量可控和固体推进剂长期可储存等优点, 但凝胶喷雾液滴蒸发燃烧问题却一直困扰着凝胶推进剂研制及燃烧室设计工作, 阻碍了凝胶推进剂实际工程应用.设计实现了凝胶单液滴蒸发燃烧实验系统, 通过某型有机凝胶偏二甲肼(UDMH)单液滴在四氧化二氮蒸气中的蒸发燃烧实验现象, 进一步深入分析了凝胶液滴蒸发燃烧机理.根据实验中凝胶单液滴在不同阶段的蒸发特性, 建立了有机凝胶喷雾液滴在胶凝剂膜形成、膨胀、破裂三个不同蒸发阶段的多组分蒸发模型, 采用初步选定的模型参数及物性参数对凝胶单液滴在高温气体环境中的蒸发全过程进行了仿真计算, 并与常规液体液滴的仿真结果进行了对比分析.结果表明,凝胶喷雾液滴表面胶凝剂含量在蒸发初期增加比较缓慢, 但在某临界时刻后的极短时间内迅速升高至形成胶凝剂膜的质量分数95%, 导致表面质量流率迅速下降至0,表面温度则快速上升至UDMH推进剂沸点.胶凝剂膜形成后, 液滴半径及表面UDMH蒸气质量分数出现了实验现象中凝胶液滴反复膨胀-破裂的震荡现象, 液滴表面温度维持在略高于沸点的某温度范围内,凝胶液滴内部的沸腾蒸发明显强于液体液滴表面稳态蒸发流率, 使得凝胶喷雾液滴生存时间小于常规液体液滴.     

Preparation of ZnO nanoparticles in amphiphilic gel network

Nanosized zinc oxide (ZnO) particles were prepared in an amphiphilic N,N-dimethylacrylamide (DMAA) gel composed of a three-dimensional network with an effective pore size of the order of nanometers. The procedures consist of two major steps: (1) preparation of a precursor and (2) hydrolysis of the precursor to form nanoparticles. First, the plate-type dry gel was swollen in ethanol containing zinc acetate (ZnAc) in order to diffuse ZnAc molecules into the gel. Then, the ethanolic solution containing the gel was heated to ∼80°C to prepare the precursor. In the hydrolysis of the precursor, lithium hydroxide was added as the catalyst to the precursor solution containing the gel, and the solution was placed in an ultrasonic bath. Although the DMAA gel containing ZnO particles was completely transparent, it exhibited a yellow-green luminescence when irradiated with UV light. The ZnO nanoparticles stably dispersed in the gel network without growing, aggregating, or flowing out for over several months at a relatively high temperature of 50°C. The particle size depended on the effective pore size of the gel network, which could be controlled by the synthesis composition of the gel, that is, by the concentrations of DMAA as the primary monomer and N,N′-methylenebisacrylamide (MBAA) as the cross-linker used for synthesizing the gel. This implies that the particle size can be controlled at the nanosized level by the synthesis composition of the gel.