空心玻璃微球因具有低密度、高强度、耐高温等优点而被广泛研究。采用喷雾造粒法与粉末法相结合，掺入发泡剂，以射频等离子体作为热源制备空心石英玻璃微球，研究了SiC、CaSO4、CaCO3三种发泡剂对制备空心石英玻璃微球的影响。结果表明，通过喷雾造粒法将发泡剂与SiO2充分混合形成粗坯颗粒，再利用射频等离子设备对粗坯粉末进行高温烧结，得到空心石英玻璃微球。其中CaSO4、CaCO3发泡剂效果较差，所产生的气体难以留在玻璃微球内部形成中空气泡；而SiC发泡剂效果最好，在射频等离子烧结过程中产生气体，被玻璃液包裹形成空心结构，得到的玻璃微球平均真密度为1.799 5 g/cm3。选用菲利华石英块状疏松体作为SiO2原料，当m(SiO2)∶m(SiC)∶m(H2O)为100∶3∶300时，可制备出平均真密度为0.72 g/cm3的空心多孔石英玻璃微球。

随着社会经济的发展, 环境空气品质已经成为研究热点。 TiO2是一种化学稳定性高, 耐腐蚀性强, 对人体无毒无害的N型半导体材料。 利用TiO2的光催化性能提高室内环境空气品质已经成为研究焦点, 但是由于TiO2只能在紫外光源下才具有较高的光催化效率, 而在可见光源下的光催化效率较低, 从而极大的限制了TiO2在室内环境领域的发展。 因此, 研发在可见光源下具有良好光催化性能的TiO2复合材料势在必行。 利用元素掺杂改性技术与提高比表面积方法可以改善光催化反应过程中量子效率和对光能的利用率, 以加快电子和空穴向表面迁移的速率同时降低光生载流子的复合机率。 以二氧化硅SiO2为模板、 聚乙烯吡咯烷酮为成膜剂、 硝酸铈Ce(NO3)3·6H2O和硝酸铜Cu(NO3)2·3H2O为改性剂采用溶胶-凝胶法制备均匀粒度分布的Ce-Cu/TiO2空心微球, 并将制备过程分为四个阶段, 即纳米SiO2球模板的制备、 Ce-Cu/TiO2-SiO2复合微球凝胶的制备、 Ce-Cu/TiO2-SiO2复合微球的制备和Ce-Cu/TiO2空心微球的制备。 利用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)与X射线衍射仪(XRD)对Ce-Cu/TiO2空心微球的制备过程各阶段生成物进行测试与分析, 即在纳米SiO2球模板的制备阶段从微观角度研究纳米SiO2球模板的搭建过程, 在Ce-Cu/TiO2-SiO2复合微球凝胶的制备阶段研究TiO2附着于纳米SiO2球模板的过程, 在Ce-Cu/TiO2-SiO2复合微球的制备阶段研究煅烧工艺对Ce-Cu/TiO2-SiO2复合微球中晶相与结构的影响, 在Ce-Cu/TiO2空心微球的制备阶段研究氢氧化钠溶液对Ce-Cu/TiO2-SiO2复合微球中纳米SiO2球模板洗涤效果的影响。 利用紫外-可见分光光度计(UV-Vis)对Ce-Cu/TiO2空心微球的光响应性能进行测试与分析, 以研究Ce-Cu/TiO2空心微球对可见光源的利用效率。 利用激光粒度分析仪(LPSA)与扫描电子显微镜(SEM)对Ce-Cu/TiO2空心微球的粒度分布与微观形貌进行测试与分析, 以研究Ce-Cu/TiO2空心微球的均匀粒度分布效果。 结果表明: 以Si—O—Si基团构建非晶体结构的无定形态纳米SiO2球模板, 有利于聚乙烯吡咯烷酮在纳米SiO2球模板表面附着, 从而控制Ce-Cu/TiO2空心微球的空腔结构。 Ce-Cu掺杂基本进入TiO2晶体, 极少进入纳米SiO2球模板晶体, 从而抑制了Ce-Cu/TiO2-SiO2复合微球中TiO2由锐钛矿相向金红石相的转变。 Ce-Cu掺杂TiO2可以促使TiO2内部形成新的能级, 实现能量较小的光子捕获e-和h+, 从而提高Ce-Cu/TiO2空心微球对可见光源的利用效率。 Ce-Cu/TiO2空心微球的表面光滑且不存在明显的缺陷, 其形貌呈现良好的球体且粒径分布均匀, 即d90为219.54 nm, d50为151.60 nm、 d10为103.84 nm, 以及d90-d10为115.70 nm。 研究结果为进一步获得可见光源下具有良好光催化性能的均匀粒度分布Ce-Cu/TiO2空心微球提供理论依据和研究基础。

以谷胱甘肽(GSH)为硫源，氯化锌(ZnCl2)为锌源，溴化十六烷基三甲铵(CTAB)为表面活性剂，乙二胺为反应媒介，采用水热法在较低温度(160 ℃)下成功地合成六方相纤锌矿硫化锌(ZnS)纳米微球。采用扫描电子显微镜观察纳米微球的形貌，利用X射线衍射仪分析其物相，借助荧光光谱仪和紫外分光光度计分析不同条件下合成的硫化锌纳米微球的光学性能。实验结果表明，CTAB能够促进空心微球的形成，以CTAB为致孔剂能够在相对较低的温度条件下得到由纳米粒子组成的微米量级的单分散六方相纤锌矿结构的硫化锌微球。通过改变其他反应参数可以得到不同壳厚的硫化锌微球，测试其发光性能发现空心球的荧光效果明显好于实心球。

空心微球具有广泛的应用, 耐压性能是其重要特性之一。但人工测量劳动强度大且精度较差。提出一种基于图像检测的自动测量方法, 可检测微球加压过程中的破损情况并记录压力值。首先, 利用梯度霍夫变换定位微球, 再通过Canny边缘检测提取微球轮廓信息, 并减少环境因素对检测的影响。最后Hu不变矩被用来将加压中的微球图像与加压前图像进行匹配, 当微球破损后, 匹配结果超过阈值, 判定微球失效。为证明方法的准确性和稳定性, 搭建了实验平台, 对不同直径的玻璃和塑料微球进行了加压实验。实验结果表明, 微球破损的成功识别率几乎为100%, 同时微球破损时的压力值也被准确地记录。

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。

以聚碳硅烷（PCS）为原料，通过炉内成球技术制备SiC空心陶瓷微球，讨论辐照交联和高温碳化对SiC陶瓷微球化学成分、成键结构和表面特性的影响。结果表明，PCS在热处理过程中的失重率约为35%，其分解温度在400～800 ℃之间。微球经电子束辐照后会生成以Si—C—Si和Si—O—Si骨架结构为主的三维网络交联结构。碳化过程使Si—CH3键，Si—H键和C—H键断裂，生成以Si—C为主的无定形态SiC。辐照的均化作用使高温热处理碳化的微球能够维持完好的球壳结构，且具有更好的表面粗糙度和平整性。

以Cu作为代用材料，通过分解实验方法，研究了扩散连接各工艺条件对靶丸参数的影响关系，获得适宜的工艺参数（温度小于600 ℃，压强小于6 MPa，时间60 min）。据此，实际连接Cu半球并制备出Cu空心微球。采用白光干涉仪、扫描电子显微镜、微米X射线断层扫描机等仪器对样品进行测试，结果显示连接界面无明显缺陷，内表面粗糙度小于50 nm，内球面直径差值小于20 μm，连接强度满足机械加工要求。

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。