为了改善臭氧处理聚苯乙烯(PS)单层球与聚乙烯醇(PVA)溶液生成的双层乳粒在油相中的分散性,提高大尺寸双层球的成活率,在双层球制备过程中采用了非离子型表面活性剂Tween 20 (T-20)来改性该种PS单层球。结果表明经表面活性剂T-20改性后显著降低了PS薄膜的亲水接触角,提高了PS与PVA间的相互作用,同时也大幅度提高了PS薄膜对PVA的吸附速率。红外光谱和紫外-可见分光光度计的测试结果证明：在PVA固化过程中,由于PVA与T-20的相比太大,PS表面吸附的表面活性剂T-20部分会被PVA置换、迁移至PVA溶液中。 T-20的迁移提高了制备双层球过程中水相与外油相的粘度比且显著降低PVA溶液表面张力,从而有利于实现双重乳粒在油相中的单分散。因此,T-20是制备大尺寸PS-PVA双层空心微球有效的表面活性剂。

为提高惯性约束聚变（ICF）点火靶尺度（约2 mm）聚苯乙烯（PS）空心微球的球形度,研究了油相与外水相界面张力、初始油相质量分数和固化旋转流场转速对PS微球球形度的影响。结果表明,将双重乳液体系外水相中的表面活性剂聚乙烯醇（PVA）替换为聚丙烯酸（PAA）后,油相与外水相之间的界面张力增大了约10倍,PS空心微球的球形度显著提高,球形偏离度小于1 μm的微球比例由5%增加至约50%；但是,在较宽范围内改变油相初始质量分数及旋转固化流场转速,对PS微球球形度的影响并不显著,球形偏离度值小于1 μm的PS微球比例介于40%~60%之间。

在考察聚苯乙烯(PS)与聚乙烯基苄氯(PVBCl)相容性及干涉效应对测量结果影响的基础上, 使用红外显微化学图像技术研究表征了PS与PVBCl混合物薄膜和微球的相分离情况, 对比分析了不同处理条件下制备的微球半球壳中两种聚合物的相分离红外显微化学图像。研究结果表明建立的研究方法可以用来定性或半定量的分析球壳内PS和PVBCl两聚合物的分相情况, 在测试中样品的干涉效应会对测量造成较大的不确定度, 在不同温度下获得的聚合物微球样品中, 40 ℃条件下两聚合物的分相情况更为理想。该研究为探索非均相双半球型聚合物微球制备条件以及红外显微化学图像法表征聚合物相分离提供了一种直观可行的表征方法, 但受空间分辨率的影响, 该方法不适合于6.25 μm×6.25 μm以下尺寸样品的分析。

激光惯性约束聚变的核心思想是利用球形内爆技术对聚变燃料进行增压，使热核燃料达到高温、高密度的等离子体状态，进而实现聚变点火。基于对称压缩、流体界面不稳定性和实验诊断的考虑，ICF实验对作为热核燃料容器的空心微球的品质在球形度、壁厚均匀性、表面粗糙度以及掺杂水平等方面提出了严格的要求。为满足这些要求，陆续发展了乳液微封装技术、降解芯轴技术、低压等离子体聚合/掺杂技术、干凝胶玻璃微球制备技术等用于多层塑料微球和空心玻璃微球的研制。另一方面，针对ICF靶丸量小、质轻以及表面要求高的特点，发展了相应的非破坏性靶丸参数表征技术，如X光照相技术、4π形貌表征技术、微球掺杂水平测量技术以及微球内燃料负载水平快速测试技术。基于这些制备与表征技术，初步实现了多层塑料微球、玻璃微球、聚-α-甲基苯乙烯芯轴微球、梯度掺杂CH微球的研制，满足了“神光Ⅱ”、“神光Ⅲ原型”及“神光Ⅲ主机”上开展的一系列内爆物理实验的要求，同时为未来点火物理实验用靶丸的研制提供了技术支撑。

为调控固化过程中双重乳液内径的变化和降低聚-α-甲基苯乙烯(PAMS)微球的表面粗糙度，研究了双重乳液固化过程中内外水相中电解质浓度对水在油相液膜中迁移和分相行为的影响。结果表明: 仅在外水相中添加电解质时，内水相的渗透压高于外水相，使得内相水向外水相迁移，导致固化后的微球表面起皱。当在内外水相同时添加电解质时，由于平衡了三相之间水的化学势，抑制了水在油相液膜中的迁移和分相，导致PAMS微球壳壁内气泡体积和数量显著降低。同时，在内外水相中同时添加不同浓度的电解质，还可显著改善双重乳液三相之间的密度匹配度，从而提高微球的球形度和壁厚均匀性。

为建立高效简洁的厚壁空心微球球形度和壁厚均匀性的表征和测量方法, 以内径850 μm、壁厚25 μm的厚壁聚苯乙烯(PS)微球为测量对象, 分析球形度和壁厚均匀性的表征方法, 探讨测量过程中采样方式对表征微球球形度和壁厚均匀性的影响。研究表明: 对于批量微球球形度和壁厚均匀性的表征, 当抽样数目不小于30时, 测量结果之间的差异很小; 而对于单一微球的球形度和壁厚均匀性的表征, 至少3个不同投影面的测量结果的平均值才趋于稳定。不同投影面导致球形度或壁厚均匀性较差的批次样品的测量结果有一定差异, 多次投影测量可提高测量结果的可靠性。

为了改善臭氧处理PS单层球与PVA溶液生成的双重乳粒在油相中的分散性, 采用了低分子量阴离子型表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)及高分子量混合型表面活性剂十八烷基胺聚氧乙烯醚双季铵盐(PAVDA)来改性该种PS单层球, 测试并分析了不同表面活性剂对相应薄膜亲水接触角及其对PVA吸附速率的影响, 同时也考察并对比了静电排斥作用和空间位阻作用对双重乳粒分散性的影响。实验结果表明这三种表面活性剂均能不同程度的改善双重乳粒在油相中的分散性。其中, 经SDS和SDBS处理后, 双重乳粒在油相中固化时会发生絮凝作用而无法以较高成活率制得大尺寸双层球; 经PAVDA处理PS单层球后, 实现了以较高的成活率制得700~900 μm的PS-PVA双层空心微球。同时, 也表明在改善PS单层球的分散性方面, 空间位阻稳定作用较静电排斥作用更为有效。

随着高功率激光器的飞速发展，ICF物理实验对聚苯乙烯(PS)-聚乙烯醇(PVA)双层空心微球的规格要求逐渐提高，直径要求将达到700～900 μm。针对该直径范围的PS-PVA双层空心微球，通过采用PS球臭氧化表面改性技术和搅拌桨叶轮结构优化技术，对传统乳液微封装法制备双层空心微球工艺进行了改进，臭氧化表面改性后PS固体核心发生憎水-亲水转变，提高了PS与PVA之间的作用强度; 搅拌桨叶轮结构优化，改善了体系容器内溶液流场均匀性，使得微球在整个体系中的运动相对平稳，从而初步制得了直径范围在700～900 μm的双层空心微球。

为了研究乳液微封装技术中油水相对微球壁厚的影响，推导了在理想状态下微球壁厚、油相质量分数和油水相比这三者之间的函数关系。结果表明：当内相水滴半径和油相质量分数为常数时，微球壁厚是油水相比的单增函数;而当内相水滴半径和油水相比为常数时，微球壁厚是油相质量分数的单增函数。即提高油相质量分数或增大油水相比对增加壁厚而言具有等效性。根据此规律，在搅拌法制备小直径聚苯乙烯微球中，通过调整油水相的各参数，确定了制备小直径厚壁聚苯乙烯微球的关键工艺参数。实验表明:采用搅拌法制备10~25 μm壁厚的小直径聚苯乙烯微球时，油相质量分数宜配制为5.3%~7.0%，油水相比宜控制在1.6~2.2之间，而外水相中聚乙烯醇质量分数宜控制在1%~3%之内。microspheres prepared by agitation method Liu Meifang,Liu Yiyang,Shi Ruiting,Chen Sufen,Su Lin,Li Jing,Li Jie,Li Bo,Zhang Zhanwen(Research Center of Laser Fusion, CAEP, P.O.Box 919-987, Mianyang 621900, China)Abstract:Key words: