疊氮化銀起爆藥連續(xù)化合成芯片的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究

韓瑞山，王燕蘭，盧飛朋，張 松，張 方，李 蛟，褚恩義

（陜西應(yīng)用物理化學(xué)研究所， 瞬態(tài)化學(xué)效應(yīng)與控制全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 陜西 西安 710061）

0 引 言

疊氮化銀（AgN3，簡(jiǎn)寫為SA）是疊氮酸的銀鹽，最早在1890 年由Curtius 將疊氮酸（HN3）氣體通入硝酸銀溶液中制得。相較于目前廣泛應(yīng)用的疊氮化鉛（LA）起爆藥，SA 起爆藥在水溶液中的溶解度更小，在制備時(shí)易大量、快速析出，不易產(chǎn)生針狀大晶體，故而無(wú)自爆風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，SA 起爆藥具有更高的熱穩(wěn)定性、安定性，在真空環(huán)境下加熱到400 ℃都不會(huì)發(fā)生爆炸［1-3］，且干燥的SA 起爆藥HN3分壓非常低，與金屬銅接觸時(shí)基本不會(huì)反應(yīng)生成高敏感的疊氮化銅［4］。另外，SA 起爆藥的起爆能力高于LA，具有非常小的臨界起爆尺寸［5-7］，因此特別適合用于MEMS 火工品等小尺寸、低極限藥量火工品裝藥。

SA 起爆藥的制備大多使用AgNO3和NaN3的沉淀反應(yīng)［8-9］，對(duì)于沉淀反應(yīng)而言，反應(yīng)溶液混合速度的快慢，對(duì)于反應(yīng)過(guò)程和結(jié)果都會(huì)產(chǎn)生重要影響［10-12］。微流控技術(shù)中的微混合芯片具備通道尺寸微小、反應(yīng)參數(shù)精確可控、高效傳質(zhì)傳熱的特點(diǎn)［13-15］，成為微納米級(jí)疊氮化物起爆藥制備的一種有效手段［16-18］。但微混合芯片中，反應(yīng)液體的混合主要依靠通道壁面結(jié)構(gòu)對(duì)流體產(chǎn)生折疊、擾動(dòng)、分散或旋轉(zhuǎn)等作用［19-22］，混合效率受通道幾何結(jié)構(gòu)尺寸的影響極大。因此，設(shè)計(jì)優(yōu)化微混合芯片通道結(jié)構(gòu)，對(duì)于疊氮化物起爆藥的連續(xù)化、高質(zhì)量制備具有重要意義。

本研究設(shè)計(jì)并制作了一種連續(xù)反向旋T 形微混合芯片，采用Ansys Fluent 仿真模擬軟件研究了芯片結(jié)構(gòu)和流動(dòng)條件等因素對(duì)芯片混合效率的影響，獲得了最佳的芯片形狀及其結(jié)構(gòu)參數(shù)。并使用該芯片進(jìn)行了SA 起爆藥的連續(xù)化合成，分析了反應(yīng)物流速、濃度和表面活性劑等因素對(duì)SA 起爆藥粒徑調(diào)控的影響，同時(shí)采用掃描電子顯微鏡（SEM）、粉末X 射線衍射（PXRD）、差示掃描量熱（DSC）等手段對(duì)SA起爆藥產(chǎn)物的形貌、成分、結(jié)構(gòu)和熱性能進(jìn)行了表征和測(cè)試。

1 微混合芯片設(shè)計(jì)及優(yōu)化

1.1 芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及仿真

1.1.1 微混合芯片設(shè)計(jì)

T 形微混合通道是微混合芯片中研究最多的結(jié)構(gòu)之一，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、流阻小等特點(diǎn)，但通道內(nèi)流體基本為層流狀態(tài)，混合效果受擴(kuò)散系數(shù)影響較大，混合效率較低。通過(guò)將T 形微混合器中與主通道連接的兩個(gè)側(cè)通道入口設(shè)計(jì)一定的偏移量，使經(jīng)過(guò)兩入口流體在主通道內(nèi)匯合時(shí)產(chǎn)生相反的速度矢量，呈現(xiàn)出旋渦狀運(yùn)動(dòng)。隨后在混合區(qū)，設(shè)置多個(gè)環(huán)形區(qū)，將混合溶液再次分離為兩股液體，以相反的入口偏移量，重新匯入主通道，形成與上一個(gè)混合結(jié)構(gòu)方向相反的渦流，多次重復(fù)以實(shí)現(xiàn)液體的高效混合。通道結(jié)構(gòu)如圖1 所示，其中d為通道尺寸，θ為兩相溶液對(duì)撞角度，L為混合區(qū)域長(zhǎng)度；P1，P2，P3，P4，P5 分別為混合效率計(jì)算截面位置，位于混合區(qū)域長(zhǎng)度的中心。

圖1 旋T 形微混合芯片通道結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of the channel structure in the rotating T-shaped micro-mixing chip

1.1.2 混合效率仿真模擬

使用Ansys Fluent 仿真模擬軟件中多組分輸運(yùn)模型，求解各組分在整個(gè)微通道中的混合情況［15］。兩相流體材料分別為NaN3和AgNO3的低濃度鹽溶液，其密度都設(shè)為1020 kg·m-3，黏度為9.5×10-4kg·m-1·s-1，質(zhì)量擴(kuò)散系數(shù)為1.837×10-9m2·s-1。其中壁面條件設(shè)置為固定無(wú)滑移模式，入口條件設(shè)置為速度入口，速度大小按照實(shí)驗(yàn)時(shí)采用的流量數(shù)據(jù)換算后設(shè)置，出口條件設(shè)置為壓力出口，相對(duì)壓力為0。為方便觀察和比較，設(shè)置模擬計(jì)算中入口處待混合流體質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1 和0。微混合芯片的混合效率通過(guò)提取建立模型中微通道各截面上的溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行計(jì)算，如式（1）所示。

其中，M為混合效率，N為取點(diǎn)的個(gè)數(shù)，Xi為第i個(gè)點(diǎn)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，Xi-unmix為未混合情況下各點(diǎn)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，Xˉ為完全混合情況下各點(diǎn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的平均值?？梢酝ㄟ^(guò)M值的大小來(lái)判斷微混合芯片在不同截面處混合效率的高低，當(dāng)溶液完全未混合時(shí)M= 0，當(dāng)溶液完全混合時(shí)M= 100%。

1.2 仿真結(jié)果與討論

1.2.1 混合通道尺寸對(duì)混合結(jié)果影響

為研究混合通道尺寸對(duì)旋T 形微混合芯片混合效率的影響，通過(guò)Fluent 仿真模擬了通道尺寸d分別為2.0，1.0，0.5 mm 的3 種芯片的混合效果，獲得了流速為2 mL·min-1條件下3 種混合芯片的流線圖及濃度壓力分布云圖。選取通道尺寸1.0 mm 的微混合芯片為代表，分析了增強(qiáng)混合原理，其內(nèi)部?jī)上嗳芤旱牧骶€圖如圖2 所示?？梢钥闯?，由于微通道交匯處存在一定的高度差，當(dāng)兩相溶液交匯時(shí)，產(chǎn)生不對(duì)稱碰撞，溶液在主通道中發(fā)生旋流運(yùn)動(dòng)，促使通道內(nèi)溶液發(fā)生旋轉(zhuǎn)、折疊，從而增大了兩相溶液間接觸面積，縮短分子間擴(kuò)散距離，促進(jìn)了兩相溶液的混合。隨后混合溶液被再次分離為兩股液體，并以相反的高度差重新交匯對(duì)撞，使其在主通道中形成與上一個(gè)混合結(jié)構(gòu)方向相反的渦流，進(jìn)一步增強(qiáng)混合。

圖2 微混合芯片通道中兩相溶液的流線圖Fig.2 Streamline diagram of the two-phase solution in the micro-mixing chip channel

圖3 為3 種尺寸微混合芯片在不同位置的濃度分布云圖及混合效率，通過(guò)提取通道不同位置截面上的濃度分布數(shù)據(jù)，計(jì)算了不同位置處的混合效率。從圖3 中可以看出，在相同截面位置處，隨著微混合芯片通道尺寸減小，混合效率明顯提升。這是由于隨著通道尺寸減小，流體擴(kuò)散距離也相應(yīng)縮短，使得流體擴(kuò)散混合速度加快。其中當(dāng)混合芯片通道直徑為2.0 mm 時(shí)，混合效率隨截面位置的增加而緩慢增大；當(dāng)混合芯片通道直徑為1.0 mm 時(shí)，混合效率隨截面位置的增加先迅速升高，后緩慢升高；而當(dāng)混合芯片通道直徑為0.5 mm 時(shí)，混合效率隨截面位置先迅速升高至95%以上，后維持恒定。這是由于相同流量下，隨著通道直徑增大，通道中液體流動(dòng)速度減小，通道交匯處碰撞作用減弱，流體混合基本依靠分子擴(kuò)散完成，使得大通道直徑中流體混合效率隨截面位置增長(zhǎng)緩慢。這說(shuō)明不同通道尺寸和流速下，流體實(shí)現(xiàn)完全混合所需要的混合長(zhǎng)度并不相同。

圖3 3 種尺寸微混合芯片在不同位置的濃度分布云圖及混合效率Fig.3 Concentration distribution contour and mixing efficiency of micro-mixing chips with three different sizes at various positions

圖4 為不同通道尺寸的壓力云圖，可見(jiàn)隨著通道尺寸的減小，3 種微混合芯片的最大壓力升高值分別為33.5，297，2978 Pa，表明隨著通道尺寸的減小，通道內(nèi)流動(dòng)阻力顯著增大，但較大的流動(dòng)阻力需要芯片及其接口具有很高的承壓能力，不利于芯片及其接口的設(shè)計(jì)和制造。綜合考慮通道流體阻力和混合效率，選用1.0 mm 通道尺寸的微混合芯片作進(jìn)一步研究。

圖4 3 種尺寸微混合芯片的壓力分布云圖Fig.4 Pressure distribution contour of three sizes of micro-mixing chips

1.2.2 對(duì)撞角度對(duì)混合結(jié)果影響

為研究?jī)上嗳芤簩?duì)撞角度θ對(duì)混合效率的影響，設(shè)計(jì)了對(duì)撞角度分別為120°和60°的微混合芯片，并在4 mL·min-1流速下，與180°微混合芯片進(jìn)行了對(duì)比。3 種對(duì)撞角度的微混合芯片在不同截面上的混合效果圖如圖5 所示，可以看出，隨著截面位置的增加，3 種對(duì)撞角度的微混合芯片混合效率都發(fā)生了顯著升高，其中180°對(duì)撞的微混合芯片具有最高的混合效率。隨著對(duì)撞角度的減小，在P1 截面上的混合效率隨著對(duì)撞角度的降低而降低。但在P2 截面以后，60°對(duì)撞微混合芯片的混合效率反而大于120°微混合芯片。這表明，微混合芯片的混合效率并不隨對(duì)撞角度單調(diào)變化，而是存在先降低后升高的過(guò)程。

圖5 3 種對(duì)撞角度微混合芯片在不同位置的混合效率及濃度分布云圖Fig.5 Concentration distribution contour and mixing efficiency of three types of micro-mixing chips with different collision angles at various positions

1.2.3 反應(yīng)物流速對(duì)混合結(jié)果影響

為研究反應(yīng)物流速Q(mào)對(duì)混合效果的影響，針對(duì)通道直徑1.0 mm 的微混合芯片，模擬計(jì)算了在流速分別為1，2，4，8 mL·min-1條件下的混合效果。4 種流速下微混合芯片在不同截面位置的濃度分布云圖及混合效率，如圖6 所示?？梢钥闯?，1 mL·min-1流速下微混合芯片混合效率較差，在經(jīng)過(guò)P5 截面時(shí)只有70%的混合效率。隨著溶液流速的增加，混合效率迅速升高。在2 mL·min-1流速下，反應(yīng)溶液在流經(jīng)微混合芯片的第3 個(gè)截面時(shí)就可達(dá)到90%以上的混合效率，流經(jīng)P5 截面時(shí)達(dá)到97%以上的混合效率。而當(dāng)流速為4 mL·min-1或8 mL·min-1時(shí)，反應(yīng)溶液在流經(jīng)微混合芯片的P3 截面時(shí)就可實(shí)現(xiàn)近100%的混合。這是由于較高流速容易在通道中形成更明顯的渦旋結(jié)構(gòu)，帶來(lái)更大的擾動(dòng)，促使混合效率升高。同時(shí)8 mL·min-1流速下溶液的混合效率與4 mL·min-1時(shí)基本相當(dāng)，表明反應(yīng)物流速≥4 mL·min-1時(shí)微混合芯片的混合效率已達(dá)到最優(yōu)。

圖6 4 種流速下微混合芯片在不同位置的混合效率及濃度分布云圖Fig.6 Concentration distribution contour and mixing efficiency of micro-mixing chips at different positions under four flow rates

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 試劑與儀器

試劑：AgNO3，分析純，成都科隆化學(xué)品有限公司；NaN3，分析純，鄭州派尼化學(xué)試劑廠；十二烷基硫酸鈉（SDS），分析純，上海國(guó)藥集團(tuán)；十二烷基酚聚氧乙烯醚-10（OP-10），一級(jí)試劑，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；聚乙烯醇（PVA），PVA-1788，天津科密歐化學(xué)試劑有限公司。

儀器：VEGA TS5136XM 型掃描電子顯微鏡，捷克泰斯肯公司；D8 advance 型X 射線衍射儀，德國(guó)布魯克公司；Nicolet 6700 型傅里葉變換紅外光譜儀，美國(guó)賽默飛世爾科技公司；DSC204F1 型差示掃描量熱儀，德國(guó)耐馳公司；TS-1B恒流泵，中國(guó)保定蘭格恒流泵有限公司。旋T形微混合芯片，蘇州汶灝微流控技術(shù)有限公司，有機(jī)玻璃材質(zhì)，芯片通道深度0.5～1 mm，寬度1 mm。

2.2 SA 起爆藥制備及表征

2.2.1 SA 起爆藥制備

SA 起爆藥的快速沉淀反應(yīng)按以下反應(yīng)方程式進(jìn)行：

微流控技術(shù)合成SA 起爆藥：將一定量AgNO3、NaN3分別溶解于去離子水中，按實(shí)驗(yàn)要求加入不同的表面活性劑，配制出濃度分別為0.01，0.02，0.03 mol·L-1的AgNO3和NaN3溶液。采用多通道恒流泵分別控制反應(yīng)物流速，將兩種溶液輸送到旋T 型微流控芯片中，通過(guò)在旋T 形微混合芯片快速混合，反應(yīng)生成AgN3。收集從旋T 型微流控芯片出口流出的沉淀產(chǎn)物，經(jīng)多次離心和洗滌收集沉淀，在水浴烘箱內(nèi)55 ℃干燥。實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖7 所示。

圖7 旋T 型微流控芯片中SA 起爆藥合成裝置示意圖Fig.7 Schematic representation of the synthesis apparatus for SA primary explosive

常規(guī)批次合成SA 起爆藥：參照文獻(xiàn)［23］的方法，室溫下，配制50 mL 濃度為0.02 mol·L-1的AgNO3溶液作為底液，將相同濃度的NaN3溶液滴加至AgNO3溶液中，攪拌反應(yīng)1 h，將反應(yīng)溶液過(guò)濾、洗滌、烘干后，得到產(chǎn)物。

2.2.2 SA 起爆藥的表征測(cè)試

采用掃描電子顯微鏡對(duì)不同條件制備的SA 起爆藥顆粒形貌進(jìn)行表征，樣品均勻分散在導(dǎo)電膠上，經(jīng)噴金后測(cè)試。

SA 起爆藥的粒徑及其分布依據(jù)GJB5891.6-2006方法對(duì)掃描電鏡數(shù)據(jù)中晶體顆粒的投影面積逐個(gè)測(cè)量記錄，以等效圓直徑為粒徑數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后計(jì)算分析得到樣品的粒徑分布［24］。

采用PXRD 分析SA起爆藥顆粒的物相組成，分辨率為0.02°，掃描范圍為5°～70°，掃描速率為10°·min-1。

采用FTIR 對(duì)SA 起爆藥顆粒的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，采用KBr 壓片法，在400～4000 cm-1波數(shù)范圍內(nèi)測(cè)試，分辨率為4 cm-1。

采用DSC 進(jìn)行熱量測(cè)定試驗(yàn)，使用銦標(biāo)準(zhǔn)樣品校準(zhǔn)熔融溫度和焓。分別將重量約為0.3 mg 的微流SA和常規(guī)SA 起爆藥粉末樣品放入到鋁坩堝中，在氮?dú)夥諊羞M(jìn)行DSC 分析，氮?dú)饬魉?0 mL·min-1，樣品測(cè)試溫度范圍為25～450 ℃，升溫速率為10 ℃·min-1。

2.3 制備工藝對(duì)SA 形貌的影響

2.3.1 反應(yīng)物流速對(duì)SA 合成影響

為考察反應(yīng)物溶液在微通道中的流速Q(mào)對(duì)沉淀產(chǎn)物粒徑的影響，使用濃度為0.02 mol·L-1的AgNO3及NaN3溶液，通過(guò)恒流泵調(diào)整反應(yīng)溶液的流動(dòng)速度，依據(jù)恒流泵量程，設(shè)置流速分別為8，4，2 mL·min-1。圖8a～8c 為不同流速時(shí)制備的SA 起爆藥晶體形貌?？梢钥闯?，所制備的SA 起爆藥晶粒呈柱狀或棒狀，晶粒尺寸分布在0.38～2.45 μm 的范圍內(nèi)。隨著流速減小，SA 起爆藥的粒徑及其分布明顯增大。其中當(dāng)反應(yīng)流速為8 mL·min-1時(shí)，SA 起爆藥的平均粒徑最小，為0.77 μm（圖8a）；當(dāng)反應(yīng)流速降低為4 mL·min-1時(shí)，SA 起爆藥的平均粒徑增大為1.14 μm（圖8b）；當(dāng)流速降為2 mL·min-1時(shí)，SA 起爆藥具有最大的平均粒徑，為1.24 μm（圖8c），且粒徑分布也最寬。這是由于旋T 形微混合芯片在較低的流速下混合效率較差，反應(yīng)溶液不能很快地完成混合。

圖8 不同流速下制備的SA 起爆藥SEM 照片及粒徑分布圖Fig.8 SEM and particle size distribution images of SA primary prepared under different flow rates

2.3.2 反應(yīng)物濃度對(duì)SA 合成影響

為考察反應(yīng)物溶液濃度c對(duì)沉淀產(chǎn)物形貌的影響，分別配制了濃度為0.01，0.02，0.03 mol·L-1的AgNO3、NaN3溶液，使用4 mL·min-1反應(yīng)流速進(jìn)行了SA 起爆藥的制備，其產(chǎn)物SEM 照片和粒徑分布分別如圖9a～9c所示?？梢钥闯觯?dāng)反應(yīng)物濃度為0.01 mol·L-1時(shí)，沉淀產(chǎn)物為塊狀顆粒，粒徑分布范圍為0.68～2.14 μm，平均粒徑為1.24 μm（圖9a）；反應(yīng)物濃度為0.02 mol·L-1時(shí)，粒徑分布范圍為0.39～1.71 μm，平均粒徑為0.79 μm（圖9b）；反應(yīng)物濃度為0.03 mol·L-1時(shí)，粒徑分布范圍為0.22～1.26 μm，平均粒徑為0.52 μm（圖9c）。表明隨著反應(yīng)物濃度的增大，反應(yīng)產(chǎn)物的粒徑逐漸減小，且粒度分布范圍也相應(yīng)變窄。其原因是在一定的過(guò)飽和度條件下，晶核只有大于臨界尺寸時(shí)才能穩(wěn)定的存在，進(jìn)而自發(fā)生長(zhǎng)。隨著反應(yīng)物濃度增大，其結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力增大，臨界成核半徑減小，使得反應(yīng)能夠生成更多的晶核，致使產(chǎn)物粒徑減小。

圖9 反應(yīng)物濃度對(duì)SA 起爆藥粒徑的影響Fig.9 Influence of reactant concentration on the particle size of SA primary explosive

2.3.3 表面活性劑對(duì)SA 合成影響

表面活性劑也會(huì)對(duì)沉淀結(jié)晶過(guò)程產(chǎn)生影響。為研究不同類型表面活性劑對(duì)SA 結(jié)晶過(guò)程的影響規(guī)律，選用實(shí)驗(yàn)室中常見(jiàn)的非離子型（OP-10）、聚合物型（PVA）和 陰 離 子 型（SDS）表 面 活 性 劑，添 加 于0.03 mol·L-1的NaN3溶液中，使用8 mL·min-1反應(yīng)流速進(jìn)行了SA 起爆藥的制備，考察了表面活性劑對(duì)SA起爆藥合成的影響。圖10a～10d 分別為NaN3溶液中未添加表面活性劑和加入1%的OP-10、PVA、SDS 獲得的SA 起爆藥晶體SEM 照片和粒徑分布圖。可以看出，未加入表面活性劑的SA 起爆藥顆粒基本為六棱柱形或球形，平均粒徑為0.36 μm，粒徑分布范圍為0.14～0.60 μm（圖10a）。而加入OP-10 和SDS 后，SA起爆藥顆粒形貌呈片狀形態(tài)，且產(chǎn)物粒徑及分布范圍顯著增大，其中加入OP-10 的平均粒徑為0.60 μm（圖10b），加入SDS 的平均粒徑為0.40 μm（圖10d），這是由于OP-10 和SDS 改變了晶體上各個(gè)晶面上的相對(duì)生長(zhǎng)速度，從而調(diào)控了結(jié)晶形態(tài)和粒徑。需要特別說(shuō)明的是，加入PVA 的SA 起爆藥顆粒仍為六棱柱形或球形，平均粒徑為0.07 μm，分布范圍為0.03～0.21 μm（圖10c），獲得了比未填加表面活性劑時(shí)更小的顆粒尺寸和分布，這可能是由于PVA 降低了SA 晶核的形成能量，使得反應(yīng)溶液能夠快速生成大量的晶核，并生長(zhǎng)為SA 晶粒。但由于PVA 為高分子型表面活性劑，在產(chǎn)物中不易去除且殘留較多，因此后續(xù)SA制備過(guò)程中不進(jìn)行表面活性劑的添加。

圖10 表面活性劑對(duì)SA 起爆藥粒徑及其分布的影響Fig.10 Influence of surfactants on the particle size of SA primary explosive

2.4 SA 起爆藥的測(cè)試結(jié)果分析

2.4.1 結(jié)構(gòu)表征

為獲得最優(yōu)條件下微混合芯片制備的SA 起爆藥的成分和晶體結(jié)構(gòu)信息，使用溴化鉀壓片的方法進(jìn)行了微流SA 的紅外吸收測(cè)試，譜圖如圖11a 所示?？梢钥闯?，在2000～2200 cm-1處存在一個(gè)較強(qiáng)的吸收峰，這是基團(tuán)中N＝N＝N 累積雙鍵的伸縮振動(dòng)峰，為疊氮化物起爆藥的特征峰。1636 cm-1處的吸收峰是N＝N（疊氮基）雙鍵的伸縮振動(dòng)峰，故而兩者同時(shí)存在。而在3000～3600 cm-1處存在一個(gè)小的鼓包，這是由于樣品中含有水造成的。同時(shí)在3355 cm-1和3298 cm-1兩處存在尖銳吸收峰，推測(cè)是由于疊氮基團(tuán)與樣品中的水相互作用形成了H…N 氫鍵所引起的。

圖11 微流SA 的FTIR 和PXRD 譜圖Fig.11 FTIR and PXRD spectra of microfluidic SA

為進(jìn)一步表征產(chǎn)物晶體結(jié)構(gòu)，使用PXRD 對(duì)制備的SA 起爆藥進(jìn)行了測(cè)試，譜圖如圖11b 所示?？梢钥闯?，在21.84° ，30.23° ，31.90° ，37.19° ，42.93° ，44.49°，48.99°，51.22°，54.47°，58.37°和60.37°處有明顯的衍射峰，分別對(duì)應(yīng)SA 起爆藥的（110），（020），（200），（112），（022），（202），（130），（310），（222），（123）和（312）晶面，制備的SA 起爆藥主要成分都為正交晶系的AgN3晶體，晶面擇優(yōu)取向?yàn)椋?10）和（112）晶面。

2.4.2 熱性能測(cè)試

為比較采用微流控方法制備的微流SA 起爆藥，與常規(guī)批次反應(yīng)法獲得SA 起爆藥之間的熱性能差異，在10 ℃·min-1升溫速率下分別對(duì)微流SA 起爆藥和常規(guī)批次SA 起爆藥進(jìn)行了DSC 測(cè)試，譜圖如圖12 所示。由圖12 可見(jiàn)，兩種樣品在306.5 ℃左右存在一個(gè)明顯的吸熱峰，這是由于SA 起爆藥獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)所造成的，其在受熱時(shí)存在先融化后分解的過(guò)程。與常規(guī)批次制備的SA 起爆藥相比，微流SA 起爆藥的放熱峰溫度由365.2 ℃降低到了358.2 ℃，降低了7 ℃，且放 熱 量 由851.6 kJ·kg-1升 高 至976.7 kJ·kg-1，提 升 了14.7%，這表明使用微流控方法制備的SA 起爆藥具有更高的反應(yīng)活性和能量。

圖12 微流SA 和常規(guī)批次SA 的DSC 曲線Fig.12 DSC curves of microfluidic SA and batch SA

3 結(jié) 論

設(shè)計(jì)并制作了一種連續(xù)反向旋T 形微混合芯片，研究了芯片結(jié)構(gòu)及反應(yīng)物流速對(duì)芯片混合效率的影響規(guī)律，并使用該芯片進(jìn)行了SA 起爆藥的連續(xù)化合成，探究了反應(yīng)物流速、濃度和表面活性劑等因素對(duì)SA 起爆藥粒徑的影響，使用SEM、PXRD、DSC 等手段測(cè)試了樣品的形貌、成分、結(jié)構(gòu)和熱性能，得到結(jié)論如下：

（1）旋T 形微混合芯片的混合效率與反應(yīng)物流速密切相關(guān)。微混合芯片在通道尺寸為1 mm，對(duì)撞角度90°、流速4 mL·min-1以上時(shí)，可獲得接近100%的混合效率；

（2）反應(yīng)流速8 mL·min-1、濃度0.03 mol·L-1制備條件下可以獲得形貌均勻、粒徑分布較窄的類球形SA起爆藥顆粒（平均粒徑0.36 μm），且通過(guò)控制旋T 型微流混合芯片內(nèi)反應(yīng)物流速、反應(yīng)物濃度、添加表面活性劑等條件，可實(shí)現(xiàn)對(duì)SA 起爆藥晶形及粒度分布的有效調(diào)控；

（3）微流控方法制備的SA 起爆藥相較常規(guī)批次SA 起爆藥，放熱峰溫度提前了7 ℃（358.2 ℃ vs 365.2 ℃），放 熱 量 升 高 了14.7%（851.6 kJ·kg-1vs 976.7 kJ·kg-1），說(shuō)明其具有更高的反應(yīng)活性和能量。