微流控技术辅助制备多孔石墨相氮化碳(g-C3N4)块体及其性能研究

设计了适用于微流控系统的原位生成酸催化聚乙烯醇/戊二醛凝胶反应体系并用于g-C_(3)N_(4)多孔微球粒径与形貌的可控制备,以无机粘结剂和多孔微球为原料实现氚兼容的多孔g-C_(3)N_(4)块体的制备。考察了凝胶组成成分、煅烧模式对微球比表面积与机械强度的影响,以及无机黏合剂质量分数、微球粒径对g-C_(3)N_(4)块体比表面积与机械强度的影响。结果表明,微球粒径对块体材料性能有显著影响,在相同成型黏合剂质量分数下,微球粒径增加79.5%块体材料的比表面积提高205%,而机械强度仅降低了42%。4.5 K低温气体吸附实验结果表明,所制备的g-C_(3)N_(4)多孔块体吸附层对氢气和氦气的选择性系数可达13.02。

U_(3)O_(8)/ZrN核壳结构微球制备及其在弥散型陶瓷核燃料中的应用研究

基于光/热引发聚合反应的壳层固化方法在设计构建的同轴双毛细管微流体控制装置中实现高球形度U_(3)O_(8)/ZrN核壳结构微球的制备,调控微流控系统中连续相流量以及核相与壳层相流量比可精准控制U_(3)O_(8)/ZrN核壳结构微球粒径和壳层厚度。提出以U_(3)O_(8)/ZrN核壳结构微球为原料制备高U_(3)O_(8)体积分数的U_(3)O_(8)/ZrN弥散型陶瓷核燃料芯块技术方法。研究结果显示,制备的高达40.8%燃料相体积分数的弥散燃料芯块中U_(3)O_(8)微粒均匀分布在ZrN基质中且没有U_(3)O_(8)微粒堆积粘连。该弥散燃料芯块的热导率比U_(3)O_(8)燃料芯块热导率提高53%,有效改善了陶瓷核燃料的导热性能。

低温泵用活性炭吸附层的制备与性能

低温泵中低温板上的吸附材料对低温泵的性能具有重要影响。以无机粘结剂为主成型剂、柔性聚氨酯为添加剂制备了涉氚气体低温真空泵中的活性炭吸附层,分析聚氨酯质量分数对活性炭吸附层比表面积的影响以及成型剂质量分数与活性炭吸附层物理机械性能间的关系,并详细研究涂覆吸附材料的低温板的抗温度冲击性能。实验结果表明:在成型剂中添加质量分数4.5%柔性聚氨酯,改善了成型剂在活性炭表面的润湿性,在增加了活性炭吸附层的抗压强度以及吸附层在低温板上附着力的同时,使得活性炭吸附层在77—353 K的温度区间内的抗温度冲击性能提高了2.18倍,研制的活性炭吸附层更能满足低温泵的运行需求。

基于微流控技术的SiC包覆U_(3)O_(8)核燃料微球可控制备

事故容错核燃料是一种更加安全的新型核燃料,而包覆核燃料微球是制备事故容错核燃料的重要基础材料。基于微流控技术精准可控制备核壳液滴的特性,提出以铀酰离子溶胶溶液为核相流体,碳化硅/正丁醇分散液为壳相流体,二甲基硅油为外连续相的U_(3)O_(8)/SiC包覆核燃料微球的微流控制备方法。文中详细分析了各相流体物理性质对单分散性液滴形成的影响,以及核相与壳相挥发速率在核壳液滴固化过程中对核相与壳相体积匹配收缩的影响。研究结果显示:增大流体黏度引致的流体分离力增加可以有效提高单分散性液滴的形成。正丁醇与水在40—90℃范围内相近的挥发速率使其成为理想的壳相分散介质,质量分数5%SiC分散液可以实现U 3O 8/SiC包覆核燃料微球的稳定制备。