支撑在纳米多孔石墨烯上的选择性膜的制作方法_2

文档序号:8490915阅读:来源:国知局
选择性膜104,在一些示例中小于大约0. 1微 米。与较厚的选择性膜相比,减小本文所描述的选择性膜的厚度可以基本上增强对应的膜 磁导。
[0030] 第一选择性膜104和第二选择性膜108可以包括任意较薄的选择性膜,例如,聚合 物膜、诸如泡沸石、陶瓷或金属的选择性无机膜、或诸如金属有机骨架的组合的选择性多孔 材料。
[0031] 例如,用于第一选择性膜104和第二选择性膜108的适合的聚合物可以包括: 丙稀腈二乙稀丁二稀(acrylonitrile-butadiene-styrene)、稀丙树脂(allyl resin)、 碳纤维(carbon fiber)、纤维素树脂(cellulosic resin)、环氧树脂(epoxy)、聚亚径 乙稀醇(polyalkylene vinyl alcohol)、含氟聚合物(f Iuoropolymer)、蜜胺甲醛树 脂(melamine formaldehyde resin)、酷酸树脂(phenol-formaldehyde resin)、聚缩 醛(polyacetal)、聚丙稀酸醋(polyacrylate)、聚丙稀腈(polyacrylonitrile)、聚丙稀 腈(polyacrylonitrile)、聚亚径(polyalkylene)、聚亚径氨基甲酸盐(polyalkylene carbamate)、聚亚径氧化物(polyalkylene oxide)、聚亚径化硫(polyalkylene sulphide)、聚亚径对苯二酸盐(polyalkylene terephthalate)、聚烷基烷基丙稀 酸盐(polyalkyl alkylacrylate)、聚稀径酰胺(polyalkyleneamide)、卤化聚亚径 (halopolyalkylene)、聚酰胺(polyamide)、聚酰胺酰亚胺(polyamide-imide)、聚亚芳基 间苯二酰胺(polyarylene isophthalamide)、聚亚芳基氧化物(polyarylene oxide)、 聚亚芳基硫化物(polyarylene sulfide)、聚芳酰胺(polyaramide)、聚亚芳基对苯二 亚甲基酰胺(polyarylene terephthalamide)、聚亚芳酿酮(polyaryletherketone)、 聚碳酸醋(polycarbonate)、聚 丁二稀(polybutadiene)、聚酮(polyketone)、聚醋 (polyester)、聚酿酿酮(polyetheretherketone)、聚酿酰亚胺(polyetherimide)、聚酿 砜(polyethersulfone)、聚酰亚胺(polyimide)、聚邻苯二甲酰胺(polyphthalamide)、聚 苯乙稀(polystyrene)、聚讽(polysulfone)、聚四氟稀径(polytetrafluoroalkylene)、 聚氨醋(polyurethane)、聚乙稀烷基醚(polyvinyl alkyl ether)、聚乙稀卤化物 (polyvinylhalide)、聚偏乙稀卤化物(polyvinylidene halide)、娃酮聚合物(silicone polymer)或其组合或其共聚物。
[0032] 用于第一选择性膜104和第二选择性膜108的适合的泡沸石可以包括例如:人工 发光沸石或人工镁碱沸石;人工铝硅酸盐或硅酸盐泡沸石,诸如Linde Type A(LTA)、Linde Types X 和 Y(Al-rich 和 Si-rich FAU),Silicalite-l,ZSM-5,ZSM-ll,etc. (MFI),Linde Type B(zeolite P) (GIS), Beta(BEA), Linde Type F(EDI)1Linde Type L(LTL)1Linde Type W(MER),和SSZ-32 (MTT);壬铝硅酸盐、诸如铝磷酸盐的人工分子筛(AlPO4结构)、 硅铝磷酸盐(SAP0族);各种金属取代铝磷酸盐[MeAPO族,诸如CoAP0-50(AFY);以及 结晶硅钛盐。人工泡沸石和代表性的分子式的示例包括例如:A泡沸石,例如,Na 2O. Al203.2Si02. 4, 5H20 ;N-A 泡沸石,例如,(Na, ΤΜΑ)20· Al2O3. 4, 8Si02. 7H20 TM - (CH3)4N+ ;H 泡沸石,例如,K2O. Al2O3.2Si02. 4H20 ;L 泡沸石,例如,(K2Na2) 0. Al2O3. 6Si02. 5H20 ;X 泡沸石, 例如,Na2O. A1203.2, 5Si02. 6H20 ;Y 泡沸石,例如,Na2O. Al2O3. 4. 8Si02. 8, 9H20 ;P 泡沸石,例 如,Na2O. Al203.2-5Si02. 5H20 ;0 泡沸石,例如,(Na2, K2, ΤΜΑ2)0· Al2O3. 7Si02.3, 5H20 ;TMA -(CH3)4N+ ; Ω 泡沸石,例如,(Na, TMA)20. Al2O3. 7Si02. 5H20 ;TMA - (CH3)4N+ ;和 ZK-4 泡沸石, 例如,0, 85Na20. 0, 15 (TMA)2O. Al2O3.3,3Si02. 6H20。
[0033] 适合于第一选择性膜104和第二选择性膜108的金属可以包括例如金属或其合金 的可渗透薄膜,其可以包括例如,Mg, Al, Ca, Sc, Ti, V,Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Rb, Sr, Y,Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Pt, Ag, (? In,或 Sn。
[0034] 用于第一选择性膜104和第二选择性膜108的适合的金属有机骨架可以包括 多卤有机配位盐或金属络合物,诸如过渡金属。适用于金属有机骨架的多齒有机配位体 的示例可以包括但不限于诸如下列的化合物:二齿羧基,例如,乙二酸、丙二酸、丁二酸、 戊二酸、酞酸、苯-1,2-二羧酸、〇-酞酸、间苯二酸、苯-1,3-二羧酸、间苯二甲酸、对苯二 甲酸、苯-1,4-二羧酸、对苯二甲酸;三齿羧酸盐,例如,2-羟基-1,2, 3-均丙三羧酸或 苯-1,3, 5-三羧酸;吡咯,例如,1,2, 3-三唑或三唑;或其他多卤配位体,例如,方形酸。适合 于形成具有多卤有机配位体的金属有机骨架的金属原子的示例可以包括但不限于诸如Mg ,Al, Ca, Sc, Ti, V,Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Rb, Sr, Y,Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In,或 Sn的金属及其离子。
[0035] 可以基于具有后续操作的化学或物理相容性来选择用于无孔支撑衬底206的适 合的材料。例如,许多泡沸石沉积工艺可以有化学反应或者与作为无孔生长衬底202的如 铜的金属不相容。适合的无孔支撑衬底206可以包括例如,玻璃;石英;陶瓷;硅;或者诸如 聚四氟乙烯、聚甲醛、聚氧化乙烯、聚乙烯或聚丙烯的聚合物。
[0036] 多孔支撑衬底106可以起到机械地支撑第一选择性膜104和纳米多孔石墨烯层 102的作用。多孔支撑衬底106可以包括编织纤维膜、非编织纤维膜、多孔聚合物膜、多孔 陶瓷膜、多孔金属泡沫或金属网或金属筛。多孔支撑衬底可以包括以平均直径在大约1微 米与大约1毫米之间的范围内为特征的孔。适合于多孔支撑衬底106的材料包括:多孔 聚合物片材,诸如聚砜、或膨胀性聚四氟乙稀(例如,GORE-TEX?, Newark, DE);金属 网,诸如不锈钢;或非编织密致织物(例如,T-191聚丙烯纤维织物、FIBERVISIONS?, Covington, GA)〇
[0037] 图3是表示依照本文所描述的至少一些实施例布置的可用于形成所描述的复合 膜的各示例方法的示例操作的流程图。如本文所描述的制造复合膜的工艺可以包括如操作 322、324和/或326中的一个或多个所图示的一个或多个操作、功能、技术或动作。如本文 所描述的制造复合膜的示例方法可通过控制器设备310来操作,控制器设备310可以具体 实施为图5中的计算设备500或者诸如图4的制造控制器490的专用控制器,或者配置成 执行存储在计算机可读介质320中用于控制示例方法的执行的指令的类似设备。
[0038] -些示例的工艺可开始于操作322,"将第一选择性膜沉积在纳米多孔石墨烯层的 第二表面上,其中纳米多孔石墨烯层的第一表面接触无孔支撑衬底"。操作322可以包括任 何通过例如采用浸渍涂覆、旋涂、喷涂或淋涂将胶体微粒的流体悬浮液施加到石墨烯单层 上来形成如本文所描述的所述选择性膜的技术。
[0039] 操作322之后可以是操作324,"将纳米多孔石墨烯层连同第一选择性膜一起从无 孔支撑衬底移除"。操作324可通过任意在此描述的技术来进行,例如利用辊到辊工艺、接 触提升工艺、接触印刷/沉积工艺、干冲压或者用于将纳米多孔石墨烯层102连同第一选择 性膜104 -起移除的另外的适合工艺。
[0040] 操作324之后可以是操作326,"使纳米多孔石墨烯层的第二表面与多孔支撑衬底 相接触以形成复合膜"。操作324和326可以通过本文所描述的任意技术单独地或者结合 地来进行,例如利用辊到辊工艺、接触提升工艺、接触印刷/沉积工艺、干冲压或者用于将 纳米多孔石墨烯层102连同第一选择性膜104 -起移动的另外的适合工艺。
[0041] 操作322、324或326中的任一个之后可以是任选的操作328,"将第二选择性膜沉 积在第一选择性膜上"。操作328可以通过本文所描述的任何用于形成第二选择性膜108 的技术来进行,例如溶液沉积、电沉积、旋涂、浸渍涂覆、化学生长沉积、聚合、析出、化学气 相沉积、原子层沉积、溅射或蒸发式沉积。
[0042] 上述的图3的工艺中所包含的操作是为了示例的目的。如本文所描述的制造复合 膜的工艺可以通过具有更少或附加的操作的类似工艺来实现。在一些示例中,可以按不同 的次序来执行操作。在一些其他的示例中,可以去除各个操作。在其他另外的示例中,各操 作可划分成额外的操作,或者组合在一起成为较少的操作。虽然图示为顺序的操作,在一些 实现中各操作可以按不同的次序来执行,或者在一些情况下各操作可以基本同时地执行。 例如,任何其他类似的工艺可通过较少的、不同的或附加的操作来实现,只要这种类似的工 艺形成如本文所描述的复合膜即可。
[0043] 图4是依照本文所描述的至少一些实施例的表征可用于实施形成所描述的复合 膜的示例方法的自动化机器的框图。例如,自动化机器400可以如本文所描述的那样利用 图3中列出的工艺操作来运行。
[0044] 如图4所示,制造控制器490可以与可用来实施图3所描述的操作的机器耦接,例 如:化学气相沉积室491 ;化学气相沉积源492 ;加热器493 ;温度传感器494 ;样本操纵器 495 ;石墨烯纳米穿孔装置496 ;聚合物膜操纵器497 ;选择性膜沉积装置498 ;多孔支撑源 499
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