[发明专利]一种基于微流控的球形微粒制备系统与方法

说明书

本发明公开了一种基于微流控的球形化微粒制备系统与方法，包括：流体驱动单元包括连续相驱动单元和分散相驱动单元，分别用于驱动连续相载液和分散相溶液；球形化单元包括温度控制装置、微孔阵列芯片及起固定连接作用的阵列芯片夹具，分散相驱动单元驱动分散相溶液通过阵列芯片夹具流经微孔阵列芯片，连续相驱动单元同时驱动连续相载液通过阵列芯片夹具实现对微孔阵列芯片底部球形化液滴的剪切；样品收集单元用于收集制备的球形化微粒。本发明实现不同粒径的球形化微粒的制备，获得的含能材料微粒表观形貌规整，粒径分布较窄，单分散性好，具有优良的物理化学和爆炸性能，非常适用于快速有效制备表观形貌良好的球形化微粒。

技术领域

本发明涉及火工品装置领域，特别是一种基于微流控的球形微粒制备系统与方法。

背景技术

含能材料(Energetic Material)是一类含有爆炸性基团或含有氧化剂和可燃物、能独立进行化学反应并输出能量的化合物或混合物，是军用炸药、发射药和火箭推进剂配方的重要组成部分。随着人们对含能材料的广泛深入研究，提出了对其主体装药的颗粒尺寸和形状的特殊要求。以单质炸药为例，其晶体的表面状态和形状以及晶体的缺陷直接影响着炸药的流散性、安定性和机械强度，从而对炸药的装药密度、感度以及爆炸性能也将有很大的影响。同一种炸药由于晶形的不同，其感度性能和输出的能量也会有很大的差异。与此同时，国内外的学者对含能材料晶体的热点进行研究后认为晶体中的位错等晶格缺陷是热点产生的直接原因。晶体由于变形而引起位错的攀移和积累，使得含能材料晶体产生热点并导致其点火，从而引发一系列的安全问题。由此可见，含能材料晶体的球形化具有诸多优势，如球形化能使晶体形状规则、表面光滑、棱角少、流散性好；球形化处理后的晶体晶形近似球形，有效改善了晶体结构；球形化处理后的晶体热分解温度有所提高，具有更好的热安定性，晶体缺陷减少等等。

鉴于含能材料的特殊性质，一般采用溶剂-非溶剂重结晶法使含能材料球形化以达到改善其性能的目的。该方法主要通过改变结晶过程中的溶剂、温度、搅拌速度、溶液pH值以及添加剂的引入等来控制晶体的粒度和外观形态。但是，变量过多导致在制备球形化晶体的过程中大大加重了实验筛选的工作量，费时费力。另外，采用该方法所获得的含能材料晶体粒度分布宽，晶体形貌可控性差，且对溶剂和非溶剂消耗量大，成本较高，存在环境污染的风险等。同时，在国内，为了降低成本和环保，人们尝试通过物理方法来实现含能材料的球形化。机械球磨法是通过球磨介质的撞击、挤压、剪切等机械力作用而使颗粒破碎的方法，但该方法制备的颗粒大小不够均匀、粒径分布范围较宽、易引入杂质。综上，现有方法操作步骤复杂、研发周期长、试剂消耗量大、重复性较差且具有潜在危险性等，难以实现含能材料球形化晶体的快速制备。

微流控技术是利用微管道精确控制和操控微尺度流体，尤其特指亚微米结构的技术，是一个包括了工程学，物理学，化学，微加工和生物工程的多交叉学科。近几十年来，随着微流控技术的快速发展，人们开始探索微尺度下多相流液滴动力学原理及流动行为，微通道中的液滴操控技术，以及对这一技术的应用研究，其中之一即广泛应用于微纳米颗粒的制备。与传统间歇式反应相比，微流控技术具有更高的混合效率、更快的传热传质速率、更低的试剂消耗量以及更精确的反应参数控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于微流控的球形化微粒制备系统，以及基于该系统的球形化微粒制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：