毫米量级聚二乙烯基苯(poly(divinyl benzene),PDVB)泡沫空心球被惯性聚变能(Inertial Fusion Energy,IFE)实验作为理想的冷冻靶燃料容器。然而,与微米级相比,其更大特征尺寸加剧了其成型过程中微流控(microfluidic)乳化和原位固化环节的流体力学和热力学不稳定性问题。长期以来,尺寸单分散性、球形度和同心度良好的毫米量级低密度PDVB泡沫空心球成型成为制靶技术难点。因此,本文通过实验和计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)模拟,系统研究了其微流控法成型与控制的方法、原理和技术参数。主要内容与结论如下:第一,利用变换通道几何结构,发展了新型同轴双Y型聚焦(flow-focusing)-协流(co-flowing)复合微流控芯片技术。CFD模拟与实验相结合研究了毫米量级双重乳液成型行为及其流场特性。随着毛细数(Ca)降低,其成型模式由喷射(jetting)转变为滴注(dripping)再到挤压(squeezing)模式。其中,Ca为0.018～0.09之间时,呈更加规范可控的滴注模式。各相间对称非正交接触,稳定的水力学聚焦和三相环绕界面,有效克服大流量速度波动和乳液大尺寸效应带来的不稳定性问题,流场更加稳健,一步双乳化,包覆(裹)率达100%。第二,通过系统实验研究,建立了毫米量级双重乳液尺寸控制参数体系。液滴尺寸与出口通道尺寸成正相关性,选择尺寸略大于目标液滴粒径的出口通道,低于临界胶束浓度的油相乳化剂含量(SPAN80:0.4wt%),以及外水相与油相黏度比大于3:1,更加有利于毫米量级双重乳粒可控成型。固定通道和液滴相体系,改变外水相黏度值和流速可直观、便捷和大范围调控液滴尺寸,调节油相和内水相流速及其和、其比值和匹配程度可较为精确地调控乳液结构与尺寸。在一定通道条件下,调控流体参数可获得单分散毫米量级双乳粒(粒径和壁厚分别在0.5～5.4 mm和50～350 μm可调),其粒径变异系数(coefficient of variation,CV)小于 0.2%。第三,利用实验结果,研究了毫米量级体系双重乳液成型机理。受力分析和无量纲参数计算结果表明,通过设计改进芯片通道几何结构,在本研究的毫米量级尺度和通道参数范围内,双重乳液成型水力学特征与一般微流控接近。讨论了毫米量级双重乳液成型力学机制及其影响因素,结果表明其规范可控的滴注模式受通道部分限制作用,乳粒尺寸与毛细数的关系符合幂律特征。但是,其数学模型(d=Caouter-0.37)偏离了纯剪切驱动模型,液滴上、下游流体静压差对其成型有一定贡献,属剪切-挤压共同作用机理,对于毫米量级双重乳粒成型与控制更为有利。第四,CFD模拟与实验相结合,设计并建立了模拟微重力的液滴回转固化反应系统。基于回转全充液层流流场和密度匹配技术模拟微重力流场环境,乳液呈同心球体自悬浮分散,克服了大尺寸乳液界面作用弱化、重力梯度和固化过程密度失配带来的困难。避免了部分充液涡流的强剪切/拉伸作用、气液界面和过饱和空气等外界因素对乳液的侵害。简化了流场控制工艺,毫米量级乳液成活率由传统工艺不足40%提高到近100%,为后续原位聚合交联固化成型提供了更加优化的条件,产品球形度和同心度均高于99%,适于批量制备几何形貌规整的毫米量级大颗粒。第五,在动力学分析基础上,实验研究了 DVB双重乳粒油相凝胶过程影响因素。其中,适度升温、提高单体纯度和光-热引发剂组合有利于提高体系聚合交联程度。并以DVB80为单体,苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦(BAPO)和偶氮二异丁腈(AIBN)作为共引发剂,单体浓度4～17vol%,在紫外光照下梯度升温完成乳液粒子固化,经洗涤、溶剂置换和超临界干燥,制得壳壁均匀完整的更低密度(在40～160 mg/cm3可调)泡沫球壳,产率高于65%。其粒径和壁厚分别在1～5 mm和100～300 μm可调,尺寸单分散性好(CV<0.6%),球形度和同心度均高于99%。结果表明,采用光-热联用协同双引发聚合工艺,改善了低单体浓度体系聚合交联过程,提高了其聚合效率,交联程度更高,为未来批量化生产大尺寸低密度PDVB泡沫球壳探索出了可行的路径。