微流控(Microfluidics)是指在數(shù)十到數(shù)百微米的微尺度上操作和控制流體的科學(xué)和技術(shù)。與微流控概念密切相關(guān)的還有微反應(yīng)器、流動化學(xué)、微化工等。這些領(lǐng)域研究的側(cè)重點(diǎn)有所不同，但共性都是基于化學(xué)芯片、微通道、微結(jié)構(gòu)等形成的微尺度流體開展工作。南京理工大學(xué)“微納含能器件工業(yè)和信息化部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”的朱朋、沈瑞琪課題組，近期發(fā)展了多種微流控形式，構(gòu)建了具有在線檢測、快速篩選與小批量制備等功能的高通量微流控系統(tǒng)，用于合成與制備高品質(zhì)含能材料。

超聲輔助微液滴模板限域自組裝制備B/BaCrO4高精度延期藥

傳統(tǒng)方法制備的B/BaCrO4延期藥延期精度約8%，經(jīng)過長期研究發(fā)現(xiàn)很難再提高。針對這一技術(shù)瓶頸問題，本文提出了通過超聲輔助微液滴模板限域自組裝制備B/BaCrO4高精度延期藥的新方法，實(shí)測延期精度約3.4%。本文首先構(gòu)建了具有在線檢測功能的微孔陣列芯片反應(yīng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了BaCrO4合成反應(yīng)熱力學(xué)和動力學(xué)參數(shù)的快速篩選，制備了粒徑可調(diào)的窄分布微納米BaCrO4顆粒。構(gòu)建了超聲輔助液滴模板限域自組裝微流控系統(tǒng)，建立了液滴模板限域B/BaCrO4高分子自組裝物理模型，制備了類球形的微米級窄分布B/BaCrO4復(fù)合顆粒，實(shí)測了B/BaCrO4的延期精度。該研究實(shí)現(xiàn)了延期藥延期精度的突破，也為其他還原劑/氧化劑類型的復(fù)合含能材料合成與制備提供了新思路。

源自：Chem.Eng.J.,2023,454：140204

微尺度混沌對流重結(jié)晶制備窄分布微納米HNS-PBXs

本文設(shè)計并構(gòu)建了具備快速篩選和在線監(jiān)測功能的微尺度混沌對流重結(jié)晶系統(tǒng)，重點(diǎn)研究了HNS-PBXs的微尺度結(jié)晶動力學(xué)行為和黏結(jié)劑對HNS的包覆機(jī)制。通過將微尺度擴(kuò)散反應(yīng)模型與粒數(shù)衡算模型相結(jié)合，建立了HNS-PBXs微尺度結(jié)晶動力學(xué)模型，揭示了微混合參數(shù)對HNS-PBXs結(jié)晶行為的影響機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)高聚物黏結(jié)劑是通過氫鍵與范德華力的共同作用，改變HNS特定晶面上的生長速率從而調(diào)控其晶體形態(tài)，同時通過控制表面自由能來改變晶體的成核速率以形成不同的粒徑與粒度分布。最后通過空氣炮加載試驗(yàn)，驗(yàn)證了小尺寸HNS-PBXs裝藥優(yōu)異的動態(tài)力學(xué)性能。本文不僅為PBXs的配方設(shè)計和力學(xué)性能改進(jìn)提供了新方法，也為聚合物包覆含能材料體系研究提供了新思路。

源自：Chem.Eng.J.,2022,428：131096

微流控方法制備微納米核-殼結(jié)構(gòu)HMX@FOX-7

目前核-殼結(jié)構(gòu)微納米復(fù)合炸藥的制備與結(jié)構(gòu)調(diào)控是在宏觀的空間尺度和時間尺度進(jìn)行的，很難實(shí)現(xiàn)炸藥晶體精細(xì)微結(jié)構(gòu)的組裝和顆粒形態(tài)的有效調(diào)控。針對這一瓶頸問題，本文提出了通過耦合微流控和噴霧干燥調(diào)控復(fù)合炸藥結(jié)構(gòu)形態(tài)的新策略，實(shí)現(xiàn)了高品質(zhì)核-殼結(jié)構(gòu)復(fù)合炸藥微球的快速、連續(xù)制備。構(gòu)建了連續(xù)化的振蕩-渦流-共軸聚焦微流控系統(tǒng)，建立了復(fù)合炸藥結(jié)構(gòu)調(diào)控的物理模型，制備了FOX-7殼體厚度約為70nm的窄分布HMX@FOX-7復(fù)合炸藥微球。與同組分的混合炸藥相比，HMX@FOX-7復(fù)合炸藥微球的撞擊感度和摩擦感度分別降低了52%和75%，作為復(fù)合推進(jìn)劑的含能添加劑也具有更精確的燃速調(diào)節(jié)效果。本文實(shí)現(xiàn)了核-殼結(jié)構(gòu)復(fù)合炸藥結(jié)構(gòu)形態(tài)的有效調(diào)控，也為其他微納米復(fù)合含能材料的制備與結(jié)構(gòu)調(diào)控提供了新思路。

源自：Ind.Eng.Chem.Res.,2022,61,48：17593-17606

南京理工大學(xué) 周星屹博士研究生、石錦宇博士研究生、朱朋研究員供稿