专利名称：一种小孔的制造及它的应用的制作方法
一种控制微观物质运动的小孔制造方法及理论和该小孔的应用方法和应用实例。
在自然界中，如石灰水表面结成CaCO3薄膜，亚铁盐水溶液表面形成Fe(OH)3薄膜等现象均可形成该种小孔，但人们对这种现象的认识和利用几乎是空白。
本发明的任务是制造一种特殊的孔，并用它来控制其孔中微观物质的移动，从而设计出物质的选择与分离；物相的控制，各类化学反应的控制，细微物体生长控制，能源的转换与转化等应用方法和应用实例。
该孔是由A和B反应成固相沉淀C，同时C形成A和B之间的界面，A和B通过C中的孔隙互相扩散并生成C，使C中的孔隙变小，最后在C中形成A或B不能通过的小孔隙，即是形成了该小孔，其中A和B为分子、原子、离子、电子等一种或多种能扩散的微观物质。
根据A和B的特征，所形成小孔的型态有所不同情况一当A和B体积相差不大时，最后形成的孔两端大中间小，而且A和B都不能顺利通过小孔，如A为Ba2+，B为SO42-时，SO42-和Ba2+都不能通过BaSO4界面中的小孔道。
情况二当A与B体积相差较大时，如A或B中体积较小的那种物质能够在C中的小孔自由扩散，则将形成细长的孔道，这种孔道将阻碍A或B中体积较大的那种物质的通过，而孔道对体积较小的那种物质的阻碍作用很小。如A为Fe3+，B为OH-所形成的Fe(OH)3沉淀中的小孔阻碍Fe3+的通过，而OH-可通过该孔与Fe3+发生化学反应。
情况三当A与B的体积相差较大，其中体积小的那种物质不能在C中的小孔内自由扩散，最后形成的小孔，A和B均不能在C中小孔内自由扩散，均不能顺利通该小孔道。如A为电子，B为CrO42-，C为Cr(OH)3固相沉淀，由于Cr(OH)3不能传递电子，所形成的孔长也大于一个电子冲程，因此CrO42-与电子均不能通Cr(OH)3中的孔道。
以上所形成的孔均有着共同的特征第一点对于比孔径小的分子，原子、离子等物质在孔内的迁移，通常表现为很小的阻力，而对比孔径大的物质的孔内迁移则表现为很大的阻力。而对电子，除该孔壁能传递电子的情况外，通常表现为绝缘体性质而阻碍电子的传递。
第二点在C中所形成的孔，大小、型态、排列方式基本相同，并且C随着A与B的互相扩散和反应中渐渐变得结实而坚固，所以直接利用界面C，仍能体现第一点特征。
第三点在小孔的狭窄处发生绝大部分化学反应，如氧化还原反应、置换反应、转相反应，电化反应等均会因发生空间效应而阻碍小孔内物质的正常迁移，甚至小孔狭窄处的电场、磁场也会影响小孔孔径的大小，而影响小孔内物质的正常迁移。
由于上述该孔的特征的存在，使得该孔有着非常广泛的用途。例如一、能源的转化与转换。物相的控制使得电池正极与负极分别能维持在不同的环境中。如正极采用水作电解液，而负极采用有机电解液等，这不仅使得电池的种类大大增加，而且使电池技术发生了质的飞跃发展。例如在一张普通的耐酸和碱的纸张中，采用SO42-与Ba2+互相扩散在纸中生成BaSO4沉淀，经充分扩散，BaSO4沉淀中的小孔小到不能通过SO42-和Ba2+。如正极采用硫酸水溶液和二元磺酸溶液，负极则采用Ba(OH)2水溶液和二元季铵碱液，除去电解液中可溶性的盐类杂质，并以该纸为电池隔膜，便能够维持电池正极的酸性和负极的碱性。而电池中的H+与OH-却能够很容易通过隔膜，从而可以开发出很多种高性能低成本的蓄电池。如酸性二氧化锰碱性锌蓄电池。
如一个应用该技术进行能源蓄存和转化的更具体的实例碱性锌铜蓄电池在浓碱性条件下，电池基本化学反应如下
铜正极与锌负极都有良好的可逆性和较高的质能比和体能比，整个反应几乎没有水参与，故电池电解液浓度和量不发生变化，电池环境非常稳定，就这一点很有利于电池的完全密封和制成干式电池，有利于电池内氢气的循环。而且铜和锌的成本低，并且安全无毒。但是锌电极在充电过程中很容易发生锌枝晶搭接正极，而造成电池的短路。并且CuO在浓碱中溶解度较大，很容易扩散到负极与锌反应成铜，产生的铜很容易将正极与负极连接而造成电池内部短路。而且负极锌由于铜的沉积与夹杂，使锌的析氢腐蚀大大加快，氢气来不及循环使电池内气压升高，使电池易发生爆炸。同时还造成电池自放电速度加快，正极物向负极的转移等很多坏处。
应用该技术便能轻而易举地解决碱性锌铜蓄电池存在的所有问题。
在一张耐碱的纸上按上述制孔方法，沉积ZnS的小孔界面膜，与另一张含少量MnO2的耐碱纸张叠起来作碱性锌铜蓄电池的隔膜，CuO正极贴近ZnS界面膜，锌电极贴近MnO2纸张，电解液采用浓碱液，并向电解液中加入少量的KI或NaI，于ZnS界面膜两边的电解液中分别加入SO42-或Ba2+，使ZnS界面膜中扩散生成BaSO4沉淀，从而使该膜结实、坚固，持久，不易被破坏。正极CuO在浓碱液中溶解形成Cu(OH)42-，Cu(OH)42-在ZnS界面中的小孔狭窄处发生了转相反应，在该小孔狭窄处生成CuS新的沉淀，使该小孔变得更小，从而阻止了Cu(OH)42-向锌电极的扩散。而OH-体积很小，它在小孔中迁移阻力很小，故该孔所形成的膜不阻碍电池正常电化反应离子的迁移。
在MnO2纸张隔膜中，锌电极在充电过程中锌枝晶向正极生长，必定要通过此隔膜才能到达正极，由于锌电极的还原性，MnO2将被还原成MnOOH，MnOOH溶解形成Mn(OH)4-，Mn(OH)4-再被锌电极还原成Mn(OH)2，发生转相沉淀反应，在锌晶表面形成上述情况三中的Mn(OH)2沉淀膜，Mn(OH)4-与Zn(OH)42-和电子都不能通过Mn(OH)2膜中的小孔道，这即表明该隔膜中锌的生成反应受到抑制。
到充电后期，正极充分生成CuO，随着充电电势的增加，正极和ZnS隔膜上发生了I-被氧化成IO-的反应，IO-扩散到负极又被锌还原成I-形成自放电，从而防止了电池的过充，同时生成的IO-又能将MnO2隔膜中的Mn(OH)2氧化成为MnO2，使MnO2达到循环利用。整个电池形成了铜和锌的可逆循环，I-的可逆循环，MnO2的可逆循环，H2的可逆循环，这些都大大增加了碱性锌铜蓄电池的使用寿命和性能。
二、物质的提纯与分离。例如Ca(OH)2溶液与CO2气体互相扩散生成的CaCO3膜中的小孔，CO2在小孔中的迁移就很困难，而O2、H2、N2等气体在孔中的迁移阻力却很小，这样利用该膜分离出混和气体中的CO2不仅不耗能源，而且不消耗物资。
三、该小孔的形成利用方法。如已知某物D能产生一种或多种微观物质A，则可由A设计或寻找一种或多种微观物质B，A和B反应，并在该物D表面生成固相沉淀C形成界面，并且在界面C中形成小孔，该小孔控制着该物D对物质的摄取和排泄，从而影响物D的生长，物D可为细胞，病毒以及它们体内的粒子，也可是晶胞等细小物粒，这为控制物质微粒的增长，找到了新方法。
四、控制物质在小孔中的运动。根据上述小孔共同特征第三点，在小孔狭窄处置一个很小的导电电极作为控制电极，依控制电极的电状态和磁状态，以及由这些电和磁引起的效应来控制孔中物质的迁移。因为电极和孔非常小，所以灵敏度非常高，控制电极上的电磁状态可人为发定，再于小孔的两端各引一个电极，这两个电极作用能使小孔中的离子发生迁移，同时在小孔中迁移的离子受控制于控制电极，这便是所谓的纳米三极管了。如果在小孔中迁移运动的是电子或质子，无论控制电极使小孔狭窄处变得多么的狭窄均不能使体积非常小的电子和质子迁移产生足够的空间阻力。如依这种理论，由电子控制电子运动的纳米三极管很难实现。
这种小孔的应用具体方法和实例远不局限于这些，本人所列举的这些只能取到抛砖引玉的作用。
权利要求
1.一种小孔的制造方法，其特征在于它是由A和B反应生成固相沉淀C，C又形成A和B之间的界面。A和B通过C中的孔隙互相扩散并生成C，而使C中的孔隙变小，最后在C中形成A或B不能通过的小孔。其中A和B为分子、原子、离子、电子等一种或多种微观物质。
2.一种小孔的形成利用方法，其特征在于已知其物D产生一种或多种微观物质A，则可由A设计或寻找一种或多种微观物质B，A和B反应，并在该物D表面生成固相沉淀界面C，并在界面C中形成小孔，该小孔控制着物D对物质的摄取和排泄。
3.一种小孔的利用方法，其特征在于按权利要求1所制造的小孔，用于阻碍体积比小孔狭窄处的孔径大的物质的迁移，或用于阻碍电子的传递。
4.一种小孔的利用方法，其特征在于按权利要求1所制造的小孔，于小孔狭窄处置入或存在化学物质，在小孔中迁移的物质与该化学物质发生化学反应，而使小孔狭窄处变得更小，从而阻碍该迁移物在小孔中的迁移。
5.一种小孔的利用方法，其特征在于按权利要求1所制造的小孔，于小孔狭窄处置入电极作控制电极，依控制电极上的电状态和磁状态以及由这些电和磁引起的效应来控制孔中物质的迁移。
6.一种小孔的利用方法，其特征在于按照权利要求5所制的带控制电极的小孔，在小孔的两端各引一个电极，这两个电极的作用能使小孔中离子发生移动，同时小孔中移动的离子受控制于控制电极。
7.一种小孔的应用实例，其特征在于按权利要求2和权利要求3，该物D是碱性溶液中的锌粉，能够产生的物质A是电子，由A寻找到的物质B是MnO2被还原后形成的Mn(OH)4-；电子和Mn(OH)4-反应并在锌粉表面生成固相沉淀C是Mn(OH)2；Mn(OH)2中小孔阻碍Zn(OH)42-、Mn(OH)4-和电子的迁移。
8.一种小孔的应用实例，其特征在于按权利要求4在小孔狭窄处置入或存在的化学物质是ZnS，在孔中迁移的物质是Cu(OH)42-；ZnS与Cu(OH)42-发生化学反应成CuS固体沉淀，使小孔狭窄处变小，阻碍Cu(OH)42-在小孔中的迁移。
全文摘要
一种控制微观物质运动的小孔制造方法及理论和该小孔的应用方法和应用实例。该小孔是由A和B反应生成固相沉淀C，同时C形成A和B之间的界面。A和B通过C中的孔隙互相扩散并生成C，使C中的孔隙变小，最后形成该小孔。其中A和B为分子、离子、原子、电子等一种或多种微观物质，再利用小孔体积效应来控制小孔内物质的迁移，从而设计出物质的选择与分离、物相的控制、各类化学反应的控制、细微物体生长的控制、能源的转换与转化等应用方法和应用实例。
文档编号B01D71/02GK1792418SQ200510125270
公开日2006年6月28日 申请日期2005年11月21日 优先权日2005年11月21日
发明者傅平华 申请人:傅平华