微流控技術(shù)制備相變微膠囊的研究.pdf

1、能源是影響人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的重要因素之一。相變儲(chǔ)能技術(shù)的運(yùn)用對(duì)于解決能源供求在時(shí)間和空間上不匹配這一矛盾具有重要的意義。在相變材料的應(yīng)用中，相變微膠囊是其中重要的一部分。相變微膠囊可以克服相變材料容易泄漏、相分離、過(guò)冷等缺點(diǎn)，大大的擴(kuò)展相變儲(chǔ)能材料的應(yīng)用范圍。目前制備相變微膠囊的方法很多，但是這些方法制備出的膠囊存在粒徑不可控，大小不均，形貌不規(guī)則，包覆率低等缺點(diǎn)，這些問(wèn)題的存在不僅給相變微膠囊?guī)?lái)了科研上的困難，也使得實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中出現(xiàn)很

2、多弊端。為了解決這些問(wèn)題，本文將液滴微流控技術(shù)與相變微膠囊的制備技術(shù)結(jié)合起來(lái)，首先根據(jù)膠囊包裹材料的親疏水性設(shè)計(jì)制作了專(zhuān)用的微流控芯片;然后分別研究了本文制備的PDMS（聚二甲基硅氧烷）微流控芯片、玻璃微流控芯片和三通微流控裝置控制液滴生成的機(jī)理及其控制方法;最后使用PDMS芯片和玻璃芯片成功制備出了包裹水性和油性相變材料的相變微膠囊。使用視頻接觸角測(cè)量?jī)x、光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、差示熱掃描儀等對(duì)微流控芯片和相變微膠

3、囊進(jìn)行觀(guān)察和表征，總結(jié)出微流控技術(shù)制備相變微膠囊的基本原理與制備方法，并研究了微流控制備的相變微膠囊的形貌和物性特點(diǎn)。
　　芯片的設(shè)計(jì)制作:根據(jù)使用的流體和芯片材質(zhì)的表面特性，芯片制作工藝水平和微流控中的流體流動(dòng)理論計(jì)算出通道尺寸，使用軟光刻法和塑模法可以按照設(shè)計(jì)要求精確制作出聚焦流型PDMS微流控芯片;將玻璃毛細(xì)管通過(guò)簡(jiǎn)單拉絲和組裝，制備出同軸流型玻璃微流控芯片;使用peek材質(zhì)的三通，可以組裝成3D結(jié)構(gòu)微流控裝置。這三種芯片被

4、用于后續(xù)的研究。
　　液滴的制作與表征:研究微流控芯片乳化油性和水性流體的作用機(jī)理和控制方法。使用三種芯片對(duì)硅油和水進(jìn)行了乳化實(shí)驗(yàn)，通過(guò)改變進(jìn)口液體的流速，制備出30μm-300μm大小范圍的多種液滴。使用光學(xué)顯微鏡對(duì)使用微流控芯片制備出的液滴都具有大小均一，形貌規(guī)整呈球形，粒徑可控這些特點(diǎn)。
　　相變微膠囊的制作與表征:以玻璃芯片為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，十九烷為相變材料囊芯，聚脲為囊壁成功制備出了十九烷-聚脲相變微膠囊。平均粒徑為20

5、0μm，熔點(diǎn)為31.6℃，相變潛熱為180J/g。膠囊球形度高、包覆完整、囊壁柔韌性好，囊壁上自然形成的褶皺結(jié)構(gòu)有利于在反復(fù)的相變過(guò)程中保持膠囊的穩(wěn)定性。以PDMS微流控芯片為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，水為囊芯，聚脲為囊壁成功制備出了水-聚脲相變微膠囊，平均粒徑為80μm。水膠囊在油相中可以較長(zhǎng)時(shí)間保存，呈規(guī)則的球形結(jié)構(gòu)，外殼包覆完整。在空氣中放置時(shí)，水膠囊會(huì)緩慢的發(fā)生失水現(xiàn)象，通過(guò)電鏡觀(guān)察，發(fā)現(xiàn)水膠囊囊壁成海綿狀結(jié)構(gòu)，部分區(qū)域致密度低，這是導(dǎo)致膠囊內(nèi)