微流控(Microfluidics)是指在数十到数百微米的微尺度上操作和控制流体的科学和技术。与微流控概念密切相关的还有微反应器、流动化学、微化工等。这些领域研究的侧重点有所不同,但共性都是基于化学芯片、微通道、微结构等形成的微尺度流体开展工作。南京理工大学“微纳含能器件工业和信息化部重点实验室”的朱朋、沈瑞琪课题组,近期发展了多种微流控形式,构建了具有在线检测、快速筛选与小批量制备等功能的高通量微流控系统,用于合成与制备高品质含能材料。
超声辅助微液滴模板限域自组装制备B/BaCrO4高精度延期药
传统方法制备的B/BaCrO4延期药延期精度约8%,经过长期研究发现很难再提高。针对这一技术瓶颈问题,本文提出了通过超声辅助微液滴模板限域自组装制备B/BaCrO4高精度延期药的新方法,实测延期精度约3.4%。本文首先构建了具有在线检测功能的微孔阵列芯片反应系统,实现了BaCrO4合成反应热力学和动力学参数的快速筛选,制备了粒径可调的窄分布微纳米BaCrO4颗粒。构建了超声辅助液滴模板限域自组装微流控系统,建立了液滴模板限域B/BaCrO4高分子自组装物理模型,制备了类球形的微米级窄分布B/BaCrO4复合颗粒,实测了B/BaCrO4的延期精度。该研究实现了延期药延期精度的突破,也为其他还原剂/氧化剂类型的复合含能材料合成与制备提供了新思路。
源自:Chem. Eng. J., 2023,454: 140204
微尺度混沌对流重结晶制备窄分布微纳米HNS-PBXs
本文设计并构建了具备快速筛选和在线监测功能的微尺度混沌对流重结晶系统,重点研究了HNS-PBXs的微尺度结晶动力学行为和黏结剂对HNS的包覆机制。通过将微尺度扩散反应模型与粒数衡算模型相结合,建立了HNS-PBXs微尺度结晶动力学模型,揭示了微混合参数对HNS-PBXs结晶行为的影响机制。研究发现高聚物黏结剂是通过氢键与范德华力的共同作用,改变HNS特定晶面上的生长速率从而调控其晶体形态,同时通过控制表面自由能来改变晶体的成核速率以形成不同的粒径与粒度分布。最后通过空气炮加载试验,验证了小尺寸HNS-PBXs装药优异的动态力学性能。本文不仅为PBXs的配方设计和力学性能改进提供了新方法,也为聚合物包覆含能材料体系研究提供了新思路。
源自:Chem. Eng. J., 2022,428: 131096
微流控方法制备微纳米核-壳结构HMX@FOX-7
目前核-壳结构微纳米复合炸药的制备与结构调控是在宏观的空间尺度和时间尺度进行的,很难实现炸药晶体精细微结构的组装和颗粒形态的有效调控。针对这一瓶颈问题,本文提出了通过耦合微流控和喷雾干燥调控复合炸药结构形态的新策略,实现了高品质核-壳结构复合炸药微球的快速、连续制备。构建了连续化的振荡-涡流-共轴聚焦微流控系统,建立了复合炸药结构调控的物理模型,制备了FOX-7壳体厚度约为70nm的窄分布HMX@FOX-7复合炸药微球。与同组分的混合炸药相比,HMX@FOX-7复合炸药微球的撞击感度和摩擦感度分别降低了52%和75%,作为复合推进剂的含能添加剂也具有更精确的燃速调节效果。本文实现了核-壳结构复合炸药结构形态的有效调控,也为其他微纳米复合含能材料的制备与结构调控提供了新思路。
源自:Ind. Eng. Chem. Res., 2022, 61, 48: 17593-17606
南京理工大学 周星屹博士研究生、石锦宇博士研究生、朱朋研究员供稿
