一種直通孔濾膜及其制備方法
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微納加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種直通孔濾膜及其制備方法法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]全球日益嚴重的環(huán)境污染如空氣污染、水源污染等，使人們對各種過濾膜的需要越來越大，尤其是能夠過濾微米至納米尺度顆粒的過濾膜。目前的各種過濾膜存在的主要問題是，由于濾膜的過濾孔不是直通孔而嚴重降低了濾膜的過濾通量。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0003]本發(fā)明的目的在于提出了一種直通孔濾膜及其制備方法，利用基底上的圖形化電荷來進行微納過濾膜加工的方法，可在濾膜上制作尺寸精確可控的微米或納米級的直通孔。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0005]為了實現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案:
[0006]一種直通孔濾膜的制備方法，包括以下步驟:
[0007](I)將能夠?qū)щ姷幕妆砻媲鍧嵏蓛簦?br>[0008](2)采用磁控濺射的方式，在基底表面沉積一層二氧化硅層，作為犧牲層；
[0009](3)采用具有微米或納米圓柱陣列結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電模板，將其放置在上述的二氧化硅層表面上；
[0010](4)以導(dǎo)電模板和基底作為兩電極，采用直流電源對電極施加電壓將電荷注入到二氧化硅層表面；
[0011](5)終止施加電壓并取下電源和導(dǎo)電模板，基底上的二氧化硅層表面具有與導(dǎo)電模板上的微米或納米圓柱陣列對應(yīng)的圖形化分布電荷；
[0012](6)將聚合物樹脂溶液，涂覆到基底上的二氧化硅層表面；聚合物樹脂在圖形化電荷的誘導(dǎo)下形成具有微米或納米孔洞陣列的濾芯膜，組裝在基底表面；
[0013](7)將具有濾芯膜的基底放入到酸性或堿性溶液中除去二氧化硅層，獲得具有微米或納米孔洞陣列的濾芯膜。
[0014]優(yōu)選的，還包括以下步驟:
[0015](8)使濾芯膜放置并鋪平在多孔的熱塑性聚合物膜上；
[0016](9)采用加熱板加熱熱塑性聚合物膜，加熱溫度至K，K為熱塑性聚合物膜的玻璃態(tài)溫度和濾芯膜的玻璃態(tài)溫度中較高的一個溫度，使熱塑性聚合物膜與濾芯膜進行粘結(jié)；
[0017](10)停止加熱并冷卻至室溫，然后將粘結(jié)在一起的熱塑性聚合物與濾芯膜從基底上剝離下來，獲得直通孔濾膜。
[0018]優(yōu)選的，所述能夠?qū)щ姷幕诪榘雽?dǎo)體或金屬板。
[0019]優(yōu)選的，二氧化娃層的厚度為50—200nm。
[0020]優(yōu)選的，所述微米柱直徑為l-10um，納米柱直徑為10—500nm。
[0021]優(yōu)選的，電荷注入時，電源的電壓為5— 3000v，保持時間為10— 1800s。
[0022]優(yōu)選的，所述聚合物樹脂為聚酰亞胺溶液。
[0023]優(yōu)選的，所述多孔的熱塑性聚合物膜為熱塑性聚丙烯無紡布。
[0024]優(yōu)選的，導(dǎo)電模板的制備方法包括以下步驟:
[0025](a)將鋁薄片清潔干凈；
[0026](b)采用陽極氧化法，將表面潔凈的鋁薄片作為陽極，以銅或鉑作為陰極，浸沒于電解液中，利用恒壓或恒流電源進行電解，在鋁薄片上形成納米級的孔陣列；
[0027](c)將鋁薄片從電解液中取出，用去離子水清洗；
[0028](d)采用電鑄法，以步驟(C)中得到的鋁薄片為母板，在金屬電解液中利用恒壓或恒流電源進行電鑄，形成與鋁薄片上納米級的孔陣列互補的具有納米級柱陣列的導(dǎo)電模板；
[0029](e)去除鋁薄片母板，即得到導(dǎo)電模板。
[0030]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有意效果:本發(fā)明一種直通孔濾膜的制備方法，利用基底上的圖形化電荷來進行微納過濾膜加工的方法，可在濾膜上制作尺寸精確可控的微米或納米級的直通孔；所獲得的直通孔濾膜，其材料由聚合物構(gòu)成；其結(jié)構(gòu)為兩層膜結(jié)構(gòu)，一層為微納直通孔的濾芯膜，另一層為多孔的支撐膜。本發(fā)明工藝簡單，可以制備出高孔隙率的直通孔筒濾膜。
【【附圖說明】】
[0031]圖1為具有微米或納米圓柱陣列的導(dǎo)電模板的示意圖，其中的圓柱直徑如按照微濾芯膜要求，則為微米直徑圓柱；如按照納濾芯膜要求，則為納米直徑圓柱。
【【具體實施方式】】
[0032]以下對本發(fā)明作進一步的詳細描述。
[0033]把發(fā)明一種直通孔濾膜的制備方法，包括以下步驟:
[0034](I)將半導(dǎo)體或金屬材料(如市售的硅片、銅片)基底依次放入丙酮、乙醇、去離子水(均為市售)等溶液中，通過超聲的方式(市售的超聲清洗機)對其進行清洗，每次清洗lOmin，使該基底表面潔凈；
[0035](2)采用磁控濺射(如市售的磁控濺射機)的方式，在基底表面沉積一層二氧化硅材料(厚度可為50— 200nm)，作為犧牲層；
[0036](3)采用具有微米或納米圓柱陣列結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電模板(如市售的高摻雜硅片模板，微米柱直徑可為1-lOum、納米柱直徑可為10— 500nm)，將其放置在上述的二氧化硅層表面上;
[0037](4)以導(dǎo)電模板和基底作為兩電極，采用直流電源(如市售的直流電源)對電極施加電壓(電壓可為5— 3000v)，并保持一段時間(時間可為10— 1800s)將電荷注入到二氧化娃層表面；
[0038](5)終止施加電壓并取下電源和導(dǎo)電模板。此時，基底上的二氧化硅層表面將具有與導(dǎo)電模板上的微米或納米圓柱陣列對應(yīng)的圖形化分布電荷(微米圓點陣列或納米圓點陣列)；
[0039](6)將聚合物樹脂(如市售的聚酰亞胺PI溶液)溶液通過離心旋涂(如旋涂速度為lOOOrpm，時間60s)的方式，涂覆到基底上的二氧化硅層表面。聚合物樹脂將在圖形化電荷的誘導(dǎo)下形成具有微米或納米孔洞陣列的濾芯膜(PI膜)，組裝在基底表面。
[0040](7)將具有濾芯膜的基底放入到酸性或堿性溶液中(如市售的氫氟酸或氫氧化鈉溶液)以除去二氧化硅層，具有微米或納米孔洞陣列的濾芯膜(PI膜)將漂浮在溶液表面；
[0041](8)采用多孔的熱塑性聚合物膜(如市售的熱塑性聚丙烯無紡布)將濾芯膜從溶液中撈出，使濾芯膜放置并鋪平在多孔的熱塑性聚合物膜上；
[0042](9)采用加熱板加熱熱塑性聚合物膜，加熱溫度至K，K為熱塑性聚合物膜的玻璃態(tài)溫度和濾芯膜的玻璃態(tài)溫度中較高的一個溫度(如120°C，1min)，使熱塑性聚合物膜與濾芯膜進行粘結(jié)。
[0043](10)加熱板停止加熱并冷卻至室溫，然后將粘結(jié)在一起的熱塑性聚合物與濾芯膜從基底上剝離下來。至此，具有微米或納米孔洞陣列的濾芯膜(具微納孔洞的PI薄膜)連同多孔的聚合物膜(聚丙烯無紡布)即構(gòu)成微納過濾膜。
[0044]本發(fā)明所用導(dǎo)電模板可以采用如下制備方法制備，其具體包括以下步驟:
[0045](I)采用高純度的金屬鋁薄片(如市售的純度99.9%、厚度0.3mm的鋁片)，將其依次分別放入丙酮、乙醇、去離子水(均為市售)等溶液中，通過超聲(市售的超聲清洗機)的方式對鋁薄片進行清洗，每次清洗lOmin，使鋁薄片表面潔凈；
[0046](2)采用陽極氧化法，將表面潔凈的鋁薄片作為陽極，以銅或鉑等作為陰極，浸沒于電解液(如0.3M的草酸)中，利用恒壓(如電壓40V)或恒流電源進行電解(電解時間長短與需要得到的納米孔的深度成比例)，在鋁薄片上形成納米級的孔陣列。
[0047](3)將鋁薄片從電解液中取出，用去離子水清洗。
[0048](4)采用電鑄法，以步驟(3)中得到的鋁薄片為母板，在金屬電解液(如硫酸鎳)中利用恒壓或恒流電源進行電鑄，形成與鋁薄片上納米級的孔陣列互補的具有納米級柱陣列2的導(dǎo)電模板I，其為金屬材質(zhì)(鎳)；
[0049](5)利用酸性(如稀鹽酸)或堿性(如氫氧化鈉)溶液去除鋁薄片母板，即得到導(dǎo)電模板。
【主權(quán)項】
1.一種直通孔濾膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將能夠?qū)щ姷幕妆砻媲鍧嵏蓛簦? (2)采用磁控濺射的方式，在基底表面沉積一層二氧化硅層，作為犧牲層； (3)采用具有微米或納米圓柱陣列結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電模板，將其放置在上述的二氧化硅層表面上； (4)以導(dǎo)電模板和基底作為兩電極，采用直流電源對電極施加電壓將電荷注入到二氧化娃層表面； (5)終止施加電壓并取下電源和導(dǎo)電模板，基底上的二氧化硅層表面具有與導(dǎo)電模板上的微米或納米圓柱陣列對應(yīng)的圖形化分布電荷； (6)將聚合物樹脂溶液，涂覆到基底上的二氧化硅層表面；聚合物樹脂在圖形化電荷的誘導(dǎo)下形成具有微米或納米孔洞陣列的濾芯膜，組裝在基底表面； (7)將具有濾芯膜的基底放入到酸性或堿性溶液中除去二氧化硅層，獲得具有微米或納米孔洞陣列的濾芯膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直通孔濾膜的制備方法，其特征在于，還包括以下步驟: (8)使濾芯膜放置并鋪平在多孔的熱塑性聚合物膜上； (9)采用加熱板加熱熱塑性聚合物膜，加熱溫度至K，K為熱塑性聚合物膜的玻璃態(tài)溫度和濾芯膜的玻璃態(tài)溫度中較高的一個溫度，使熱塑性聚合物膜與濾芯膜進行粘結(jié)； (10)停止加熱并冷卻至室溫，然后將粘結(jié)在一起的熱塑性聚合物與濾芯膜從基底上剝離下來，獲得直通孔濾膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直通孔濾膜的制備方法，其特征在于，所述能夠?qū)щ姷幕诪榘雽?dǎo)體或金屬板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直通孔濾膜的制備方法，其特征在于，二氧化硅層的厚度為 50—200nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直通孔濾膜的制備方法，其特征在于，所述微米柱直徑為l-10um，納米柱直徑為10—500nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直通孔濾膜的制備方法，其特征在于，電荷注入時，電源的電壓為5— 3000v，保持時間為10— 1800s。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直通孔濾膜的制備方法，其特征在于，所述聚合物樹脂為聚酰亞胺溶液。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種直通孔濾膜的制備方法，其特征在于，所述多孔的熱塑性聚合物膜為熱塑性聚丙烯無紡布。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直通孔濾膜的制備方法，其特征在于，導(dǎo)電模板的制備方法包括以下步驟: (a)將鋁薄片清潔干凈； (b)采用陽極氧化法，將表面潔凈的鋁薄片作為陽極，以銅或鉑作為陰極，浸沒于電解液中，利用恒壓或恒流電源進行電解，在鋁薄片上形成納米級的孔陣列； (C)將鋁薄片從電解液中取出，用去離子水清洗； (d)采用電鑄法，以步驟(C)中得到的鋁薄片為母板，在金屬電解液中利用恒壓或恒流電源進行電鑄，形成與鋁薄片上納米級的孔陣列互補的具有納米級柱陣列的導(dǎo)電模板；(e)去除鋁薄片母板，即得到導(dǎo)電模板。
10.權(quán)利要求1至9中任一項所述的一種直通孔濾膜的制備方法所制備的直通孔濾膜。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種直通孔濾膜及其制備方法，利用基底上的圖形化電荷來進行微納過濾膜加工的方法，可在濾膜上制作尺寸精確可控的微米或納米級的直通孔；所獲得的直通孔濾膜，其材料由聚合物構(gòu)成；其結(jié)構(gòu)為兩層膜結(jié)構(gòu)，一層為微納直通孔的濾芯膜，另一層為多孔的支撐膜。本發(fā)明工藝簡單，可以制備出高孔隙率的直通孔濾膜。
【IPC分類】B32B27-02, B32B27-32, B32B27-28, B01D67-00, B01D69-10, B32B27-08, B01D69-00, B32B3-24
【公開號】CN104587839
【申請?zhí)枴緾N201410849196
【發(fā)明人】葉向東, 蔡安江
【申請人】西安建筑科技大學(xué)
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2014年12月30日