CN101110278A - 基于微流体的聚变靶丸制备方法 - Google Patents

基于微流体的聚变靶丸制备方法 Download PDF

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Abstract

基于微流控通道的聚变靶丸制备方法是一种基于微流体通道技术的惯性约束核聚变靶丸的制备方法，该方法采用微流体通道网络系统使靶丸溶液或前聚体在流动相中形成双重微乳液，基于液滴模板形成符合聚变要求的空心靶丸，并且空心靶丸的直径、壁厚可控；该制备方法通过微流体通道使靶丸材料的溶液或者前聚体形成双重微乳液，再通过固化干燥，形成符合ICF靶要求的空心微球。该制备方法可以制备出大小均一，囊壁可控的空心微球，符合ICF靶的要求。其具体制备方法包括：1.)微流体通道的制备：2.)微乳液的制备：3.)聚变靶丸的制备。

Description

基于微流体的聚变靶丸制备方法
技术领域
本发明涉及的是一种基于微流体通道技术的惯性约束核聚变靶丸的制备方法，属于聚变靶丸制备的技术领域。
背景技术
随着能源问题的日渐突出，惯性约束核聚变(Inertial Confinement Fusion，ICF)作为可控核聚变技术，受到越来越多的关注。欧美日等国都在对惯性约束聚变进行研究。作为核聚变燃料的载体，具有空心微球结构的聚变靶的研制和开发是ICF研究中的重要内容。目前靶丸的制备工艺主要有：液滴炉技术，干凝胶技术，微封装技术，界面聚合法等。这些方法通常需要精度很高的仪器，往往原料消耗大，操作繁琐。微流控技术是指采用微细加工技术，在一块几平方厘米的芯片上制作出微通道网络结构，把实验室大型设备集成在尽可能小的操作平台上，用以完成不同的实验过程，并能对产物进行分析的技术。它不仅使试剂的消耗降低，而且使实验速度提高，费用降低，充分体现了当今实验室设备微型化、集成化和便携化的发展趋势。因此，开发基于微流控技术的靶丸制备方法将简化实验步骤，缩小实验设备，精确控制结果，实现靶丸的大量制备。本发明提出了一种利用微流控通道来制备惯性约束核聚变靶丸的新方法。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种基于微流体的聚变靶丸制备方法。该制备方法通过微流体通道使靶丸材料的溶液或者前聚体形成双重微乳液，再通过固化干燥，形成符合ICF靶要求的空心微球。该制备方法可以制备出大小均一，囊壁可控的空心微球，符合ICF靶的要求。
技术方案：本发明通过微流体通道使靶丸材料的溶液或者前聚体形成单分散双重微乳液，再通过固化干燥，形成符合ICF靶要求的空心微球。
本发明基于微流体的聚变靶丸制备方法采用微流体通道网络系统使靶丸溶液或前聚体在流动相中形成双重微乳液，基于液滴模板形成符合聚变要求的空心靶丸，并且空心靶丸的直径、壁厚可控；其具体制备方法包括以下步骤：
1.)微流体通道的制备：采用微加工技术在硅片、或玻璃、或聚甲基丙烯酸甲酯、或聚二甲基硅氧烷微流体芯片上建立微流体通道网络系统，该系统有3个入口，分别为囊心相入口，囊壁相入口、流动相入口，有1个出口；
2.)微乳液的制备：将囊心相、囊壁相、流动相三相溶液分别装入三个针筒，分别对应连接三个入口，用数字控制注射泵控制三相溶液流速，从出口得到均匀稳定的微乳液；
3.)聚变靶丸的制备：将微乳液囊壁干燥固化，去除囊心相，得到符合要求的空心聚变靶丸。
建立微流体通道网络系统的方法为：选择医用针头、聚合物管、三通连接出一个微流体通道网络系统。微流体通道网络系统是2级T型通道模式，或是汇聚剪切通道模式。
有益效果：根据本发明，利用微流体芯片制备聚变靶丸具有以下优点：
1)可控性强：因为微流体通道的设计固定，只需调节液体流速即可调控靶丸的直径和壁厚。
2)液体需要量小：由于微通道是微米级或者毫米级的，因此可以实现μl/min的流速，减少了液体的浪费。
3)制备成本低：只要制作一个微流体芯片即可实现一系列聚变靶丸的制备。
4)便于集成与微型化：由于微流体芯片的尺寸在几个平方厘米，如果加上微泵注射，那么整个装置将是十分微小的。
附图说明
图1为本发明2级T型微流体通道示意图，图中标注有：囊心相入口11，壁层相入口12，流动相入口13，出口14，第一结点15，第二结点16。
图2为本发明汇聚剪切微流体通道示意图，图中标注有：囊心相入口21，壁层相入口22，流动相入口23，出口24，汇聚点25。
图3为本发明实施例一示意图，图中标注有：囊心相入口31，壁层相入口32，流动相入口33，出口34，第一结点35，第二结点36。
具体实施方式
我们设计了一种微流体通道网络系统，该系统可以是2级T型通道模式，也可以是汇聚剪切通道模式。采用微加工技术建立微流体通道网络系统(包括硅、玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷微流体芯片)或者选择医用针头、聚合物管(如Teflon、Peek、聚氯乙烯)、三通(如Peek、不锈钢)等连接出一个网络通道系统，该系统有3个入口，分别为囊心相入口，囊壁相入口、流动相入口，有1个出口。该微流体通道网络通过水相与油相之间的剪切力、表面张力等作用，最终形成了单分散的水包油包水或油包水包油双重微乳液。
收集出口的微乳液，经过干燥固化，形成微胶囊，去除囊心之后就形成了空心聚变靶丸。调节三相的流速就可以得到不同直径和壁厚的靶丸。
微流体通道网络系统是2级T型通道模式，或是汇聚剪切通道模式。
实施例一：直径500μm壁厚15μm的聚苯乙烯聚变靶丸的制备方法
1.通道的制备：
①.在一个长度为15cm内径为500μm的Teflon管壁上打上一个小孔，插入事先磨平的6号医用针头，注意要将针头插在管子的中间，该针头作为囊心溶液(水)的入口；
②.Teflon管的一端插入一个6号针头，作为囊壁溶液(聚苯乙烯溶液)的入口；
③.用内径500μm的Peek三通连接该Teflon管的另一端和另外两根15cm长500μm内径的Teflon管，并在当中一根Teflon管的一端插入6号针头，作为流动相(聚乙烯醇水溶液)的入口。
2.微乳液的制备：
①.将3.5g聚苯乙烯(PS)溶于25ml苯和25ml 1，2-二氯乙烷的混合溶液中，形成7％PS溶液；
②.25g聚乙烯醇(PVA)溶于500ml超纯水当中，形成5％PVA溶液；
③.将水、PS溶液，PVA溶液分别装入针筒，装载在数字控制注射泵上，三相的针筒分别连接囊心溶液入口，囊壁溶液入口和流动相入口；
④.调节水的流速为0.5ml/h，PS溶液的流速为1.5ml/h，PVA溶液的流速为10ml/h，当第一水相(水)在第一个结点处和油相(PS溶液)相遇时，形成单分散的油包水乳液；再通过第二个结点与第二水相(PVA溶液)相遇时，又形成了单分散的水包油包水乳液。当出口的微乳液稳定时，用装有250mlPVA溶液的500ml圆底烧瓶接收。
3.聚变靶丸的制备
①.接收到一定数目的微乳液之后，将圆底烧瓶置于旋转蒸发仪，设置温度为60℃，转速为40rpm，开始旋转；
②.当微乳液干燥浮出水面，将温度设为70℃，转速调至60rpm；
③.当微乳液再次沉到瓶底，将温度设为80℃，转速调至80rpm，维持1h；
④.待PS溶液的溶剂完全蒸发，取出微球，清洗去表面的PVA溶液，60℃烘干即可得到直径为500μm壁厚15μm的聚苯乙烯聚变靶丸。
实施例二：直径1000μm壁厚20μm的聚苯乙烯聚变靶丸的制备方法
1.通道的制备：
①.用一个内径500μm的Peek三通连接三根长度为15cm内径为500μm的Teflon管，其中两根管子的一端分别插入一个6号针头作为囊心溶液(水)入口和囊壁溶液(聚苯乙烯溶液)入口；
②.另一根没有插针头的Teflon管的外面套上一截内径1000μm的Teflon管，通过内径1000μm的不锈钢三通连接另外两根15cm长1000μm内径的Teflon管，并在当中一根Teflon管的一端插入套上一截内径500μm Teflon管的6号针头，作为流动相(聚乙烯醇水溶液)的入口；
2.微乳液的制备：
①.将3.5g聚苯乙烯(PS)溶于25ml苯和25ml 1，2-二氯乙烷的混合溶液中，形成7％PS溶液；
②.25g聚乙烯醇(PVA)溶于500ml超纯水当中，形成5％PVA溶液；
③.将水、PS溶液，PVA溶液分别吸入针筒，装载在数字控制注射泵上，三相的针筒分别连接囊心溶液入口，囊壁溶液入口和流动相入口。
④.调节水的流速为5ml/h，PS溶液的流速为5ml/h，PVA溶液的流速为80ml/h，当第一水相(水)在第一个结点处和油相(PS溶液)相遇时，形成单分散的油包水乳液；再通过第二个结点与第二水相(PVA溶液)相遇时，又形成了单分散的水包油包水乳液。当出口的微乳液稳定时，用装有250mlPVA溶液的500ml圆底烧瓶接收。
3.聚变靶丸的制备
①.接收到一定数目的微乳液之后，将圆底烧瓶置于旋转蒸发仪，设置温度为60℃，转速为40rpm，开始旋转；
②.当微乳液干燥浮出水面，将温度设为70℃，转速调至60rpm；
③.当微乳液再次沉到瓶底，将温度设为80℃，转速调至80rpm，维持1h；
④.待PS溶液的溶剂完全蒸发，取出微球，清洗去表面的PVA溶液，60℃烘干即可得到直径为500μm壁厚15μm的聚苯乙烯聚变靶丸。
实施例三：直径500μm壁厚20μm的泡沫酚醛树脂(RF/PF)聚变靶丸的制备方法
1.通道的制备：
①.在一个长度为15cm内径为500μm的Teflon管壁上打上一个小孔，插入事先磨平的6号医用针头，注意要将针头插在管子的中间，该针头作为囊心溶液(1-甲基萘)的入口；
②.Teflon管的一端插入一个6号针头，作为囊壁溶液(酚醛树脂溶液)的入口；
③.用内径500μm的Peek三通连接该Teflon管的另一端和另外两根15cm长500μm内径的Teflon管，并在当中一根Teflon管的一端插入6号针头，作为流动相(混合硅油)的入口。
2.微乳液的制备：
①.将5.72g间苯二酚溶于54ml超纯水中，加入7.8ml37％甲醛溶液，0.028g2.8wt％Na2CO3溶液，在70℃水浴下搅拌加热1h，放入冰水浴冷却，得到RF溶液；
②.2.5g 2，4，6-三羟基苯甲酸溶于24ml超纯水加入5ml1M NaOH溶液在70℃混合，再加入3.43ml37％甲醛溶液在70℃水浴中搅拌加热1h，放入冰水浴冷却，得到PF溶液；
③.将以上两种溶液混合，得到我们所需的RF/PF混合溶液，作为囊壁前聚体；
④.将10cst硅油和氟化硅油按照1∶1体积比混合，作为流动相；
⑤.将1-甲基萘、RF/PF溶液，混合硅油分别吸入针筒，装载在数字控制注射泵上，三相的针筒分别连接囊心溶液入口，囊壁溶液入口和流动相入口。
⑥.调节1-甲基萘的流速为2ml/h，RF/PF溶液的流速为0.5ml/h，混合硅油的流速为10ml/h，当第一油相(1-甲基萘)在第一个结点处和水相(RF/PF溶液)相遇时，形成单分散的水包油乳液；再通过第二个结点与第二油相(混合硅油)相遇时，又形成了单分散的油包水包油乳液。当出口的微乳液稳定时，用装有250ml含0.39％乙酸的混合硅油的500ml圆底烧瓶接收。
3.聚变靶丸的制备
①.接收到一定数目的微乳液之后，将圆底烧瓶置于旋转蒸发仪，在5min内将转速提升到95rpm，5min之后升到120rpm持续1min，再回到95rpm保持50min即可催化聚合完成；
②.取出酚醛树脂微球，用正己烷洗去表面硅油和内部1-甲基萘；
③.用酒精梯度置换出酚醛树脂空心微球中的水，再用醋酸异戊酯置换出酒精；
④.将浸泡于醋酸异戊酯中的酚醛树脂空心微球在CO2超临界流体中进行干燥，最后得到泡沫酚醛树脂聚变靶丸。

Claims (3)

1.一种基于微流体的聚变靶丸制备方法，其特征在于：采用微流体通道网络系统使靶丸溶液或前聚体在流动相中形成双重微乳液，基于液滴模板形成符合聚变要求的空心靶丸，并且空心靶丸的直径、壁厚可控；其具体制备方法包括以下步骤：
1.)微流体通道的制备：采用微加工技术在硅片、或玻璃、或聚甲基丙烯酸甲酯、或聚二甲基硅氧烷微流体芯片上建立微流体通道网络系统，该系统有3个入口，分别为囊心相入口，囊壁相入口、流动相入口，有1个出口；
2.)微乳液的制备：将囊心相、囊壁相、流动相三相溶液分别装入三个针筒，分别对应连接三个入口，用数字控制注射泵控制三相溶液流速，从出口得到均匀稳定的微乳液；
3.)聚变靶丸的制备：将微乳液囊壁干燥固化，去除囊心相，得到符合要求的空心聚变靶丸。
2.根据权利要求1所述的基于微流体的聚变靶丸制备方法，其特征在于建立微流体通道网络系统的方法为：选择医用针头、聚合物管、三通连接出一个微流体通道网络系统。
3.根据权利要求1或2所述的基于微流体的聚变靶丸制备方法，其特征在于微流体通道网络系统是2级T型通道模式，或是汇聚剪切通道模式。
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Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101957383A (zh) * 2010-08-10 2011-01-26 浙江大学 基于液滴顺序组装技术的微流控液滴生成系统及使用方法
CN102716706A (zh) * 2012-06-27 2012-10-10 天津大学 一种流场可控微流体装置及制备补丁粒子和分块粒子材料的方法
CN103071550A (zh) * 2012-12-17 2013-05-01 西安交通大学 一种基于不同入射角微通道的多组分液滴产生装置及方法
CN103131665A (zh) * 2013-02-25 2013-06-05 东南大学 一种复合结构编码微载体及其制备方法和应用
CN104075923A (zh) * 2014-07-11 2014-10-01 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 一种高温高压空心微球充气系统
CN104069757A (zh) * 2014-07-07 2014-10-01 东南大学 一种双重微乳液快速制备装置
CN104091620A (zh) * 2014-07-17 2014-10-08 东南大学 基于微流体的聚变靶丸制备方法
CN104163444A (zh) * 2014-07-18 2014-11-26 西南科技大学 一种α-氧化铝空心球的制备方法
CN104549585A (zh) * 2014-12-31 2015-04-29 国家纳米科学中心 一种微流控芯片及使用其制备纳米胶囊的方法
CN104695052A (zh) * 2013-12-04 2015-06-10 中国科学院大连化学物理研究所 一种制备具球形空腔聚合物纤维的方法及专用微流控芯片
CN105778146A (zh) * 2016-05-11 2016-07-20 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 一种聚苯乙烯类空心微球直径和壁厚定制的方法
CN106345542A (zh) * 2016-08-30 2017-01-25 上海交通大学 一种用于复乳法制备脂质体的微流控芯片及其制作方法
CN109589884A (zh) * 2019-01-24 2019-04-09 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 一种高表面质量的可降解聚合物空心微球的制备方法

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101957383A (zh) * 2010-08-10 2011-01-26 浙江大学 基于液滴顺序组装技术的微流控液滴生成系统及使用方法
CN102716706A (zh) * 2012-06-27 2012-10-10 天津大学 一种流场可控微流体装置及制备补丁粒子和分块粒子材料的方法
CN102716706B (zh) * 2012-06-27 2014-07-16 天津大学 一种流场可控微流体装置及制备补丁粒子和分块粒子材料的方法
CN103071550A (zh) * 2012-12-17 2013-05-01 西安交通大学 一种基于不同入射角微通道的多组分液滴产生装置及方法
CN103131665A (zh) * 2013-02-25 2013-06-05 东南大学 一种复合结构编码微载体及其制备方法和应用
CN104695052A (zh) * 2013-12-04 2015-06-10 中国科学院大连化学物理研究所 一种制备具球形空腔聚合物纤维的方法及专用微流控芯片
CN104069757A (zh) * 2014-07-07 2014-10-01 东南大学 一种双重微乳液快速制备装置
CN104075923A (zh) * 2014-07-11 2014-10-01 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 一种高温高压空心微球充气系统
CN104091620A (zh) * 2014-07-17 2014-10-08 东南大学 基于微流体的聚变靶丸制备方法
CN104163444A (zh) * 2014-07-18 2014-11-26 西南科技大学 一种α-氧化铝空心球的制备方法
CN104163444B (zh) * 2014-07-18 2016-04-06 西南科技大学 一种α-氧化铝空心球的制备方法
CN104549585A (zh) * 2014-12-31 2015-04-29 国家纳米科学中心 一种微流控芯片及使用其制备纳米胶囊的方法
CN105778146A (zh) * 2016-05-11 2016-07-20 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 一种聚苯乙烯类空心微球直径和壁厚定制的方法
CN105778146B (zh) * 2016-05-11 2018-12-11 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 一种聚苯乙烯类空心微球直径和壁厚定制的方法
CN106345542A (zh) * 2016-08-30 2017-01-25 上海交通大学 一种用于复乳法制备脂质体的微流控芯片及其制作方法
CN106345542B (zh) * 2016-08-30 2019-09-06 上海交通大学 一种用于复乳法制备脂质体的微流控芯片及其制作方法
CN109589884A (zh) * 2019-01-24 2019-04-09 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 一种高表面质量的可降解聚合物空心微球的制备方法
CN109589884B (zh) * 2019-01-24 2021-06-25 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 一种高表面质量的可降解聚合物空心微球的制备方法

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