高含氘量聚烷基烯烃的设计、合成与表征

氘代聚合物是分子链中的氢原子被其同位素氘取代的一类功能高分子材料，在许多领域有着广泛的应用。高含氘量聚合物的制备不仅对于激光惯性约束聚变靶材料的制备具有重要的意义，其合成工艺对于获取高比活度的氚化物也具有很高的参考价值。尤其是在研发新能源电池- - 氚同位素电池中，高比活度的氚化物是提升该类核电池性能的一个重要因素。本课题提出设计并合成一种高含氘量的聚烷基烯烃，其理论含氘量（16%）将明显高于现有的各种氘代聚合物，将来用此工艺合成高含氚量的聚烷基烯烃，其理论比活度可以达到2000Ci/g以上，将有效解决将来氚在微型氚电池中激发源比活度不够高的问题。

本报告从技术角度对研究工作进行了总结。含氘聚合物是一类具有特殊用途的功能材料，高含氘量聚合物尤其对于推动氚电池的发展具有重要现实意义。在氚电池领域，为了提升电池的电输出性能，需要朝着微孔型3D换能单元方向发展，此时常规氚源加载将面临技术问题。一方面，由于工艺限制，载氚活性金属目前难以在微孔器件中实现加载；另一方面，常见氘代聚合物的制备工艺普遍没有兼顾特种氚源易于制备与加载这个应用背景，即，未做到首先应立足于氚的来源仅仅只有氚水和氚气这个要素予以设计。所以，为了推进更高性能氚电池的研发进度，本项目立足此应用背景，借助简单易行的工艺，分别设计并合成了氘代乙炔基接枝聚乙烯（目标聚合物A）、氘代乙炔基甲基接枝聚乙烯（目标聚合物B1）、氘代乙烷基甲基接枝聚乙烯（目标聚合物B2）以及它们的氕代比对聚合物，对它们以及中间产物的结构参数进行了表征。掌握了含氘聚合物的表征方式，完成了项目所制备三种氘代聚合物的含氘基团表征和含氘量表征。制得的氘代乙烷基甲基接枝聚乙烯的含氘量为12.19%，超过了项目含氘量大于10%的技术指标。同时，对合成的三种新型氘代聚合物及其若干中间体聚合物进行了性质表征，主要涉及溶解性能和热性能的表征。此外，选择性地考察了氘代乙烷基甲基接枝聚乙烯的两种前体聚合物（含TMS基团的乙炔基甲基聚乙烯和氘代乙炔基甲基聚乙烯）的耐氚源辐照性能，结果表明，在实验范围内它们具有一定的抗氚源辐照稳定性。基于3D硅基氚电池的结构，进一步研究了氘代聚合物在微米级深盲孔单晶硅中的加载方式，结果显示，采取真空填充法，可获得较好的填孔效果。本项目研究结果可以为研制3D氚电池过程中所需的功能聚合物制备提供技术支撑。