微流控合成與制備含能材料新進展

微流控(Microfluidics)是指在數十到數百微米的微尺度上操作和控制流體的科學和技術。與微流控概念密切相關的還有微反應器、流動化學、微化工等。這些領域研究的側重點有所不同，但共性都是基于化學芯片、微通道、微結構等形成的微尺度流體開展工作。南京理工大學“微納含能器件工業和信息化部重點實驗室”的朱朋、沈瑞琪課題組，近期發展了多種微流控形式，構建了具有在線檢測、快速篩選與小批量制備等功能的高通量微流控系統，用于合成與制備高品質含能材料。

超聲輔助微液滴模板限域自組裝制備B/BaCrO4高精度延期藥

傳統方法制備的B/BaCrO4延期藥延期精度約8%，經過長期研究發現很難再提高。針對這一技術瓶頸問題，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，實測延期精度約3.4%。本文首先構建了具有在線檢測功能的微孔陣列芯片反應系統，實現了BaCrO4合成反應熱力學和動力學參數的快速篩選，制備了粒徑可調的窄分布微納米BaCrO4顆粒。構建了超聲輔助液滴模板限域自組裝微流控系統，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復合顆粒，實測了B/BaCrO4的延期精度。該研究實現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晶制備窄分布微納米HNS-PBXs

本文設計并構建了具備快速篩選和在線監測功能的微尺度混沌對流重結晶系統，重點研究了HNS-PBXs的微尺度結晶動力學行為和黏結劑對HNS的包覆機制。通過將微尺度擴散反應模型與粒數衡算模型相結合，建立了HNS-PBXs微尺度結晶動力學模型，揭示了微混合參數對HNS-PBXs結晶行為的影響機制。研究發現高聚物黏結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控其晶體形態，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，驗證了小尺寸HNS-PBXs裝藥優異的動態力學性能。本文不僅為PBXs的配方設計和力學性能改進提供了新方法，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-殼結構HMX@FOX-7

目前核-殼結構微納米復合炸藥的制備與結構調控是在宏觀的空間尺度和時間尺度進行的，很難實現炸藥晶體精細微結構的組裝和顆粒形態的有效調控。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控復合炸藥結構形態的新策略，實現了高品質核-殼結構復合炸藥微球的快速、連續制備。構建了連續化的振蕩-渦流-共軸聚焦微流控系統，建立了復合炸藥結構調控的物理模型，制備了FOX-7殼體厚度約為70nm的窄分布HMX@FOX-7復合炸藥微球。與同組分的混合炸藥相比，HMX@FOX-7復合炸藥微球的撞擊感度和摩擦感度分別降低了52%和75%，作為復合推進劑的含能添加劑也具有更精確的燃速調節效果。本文實現了核-殼結構復合炸藥結構形態的有效調控，也為其他微納米復合含能材料的制備與結構調控提供了新思路。

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

南京理工大學 周星屹博士研究生、石錦宇博士研究生、朱朋研究員供稿