支撑在纳米多孔石墨烯上的选择性膜的制作方法_4

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(软件程 序)。关于这些技术和示例操作的更多细节描述于下文。
[0062] 示例
[0063] 示例1 :第一选择性膜104可以由聚合物制备,聚合物例如为聚(环氧乙 烷)_嵌段-聚(乙烯(氧化物)_聚(丁烯-对苯二酸盐)多嵌段共聚物(IsoTis OrthoBiologics, Irvine, CA)。多嵌段共聚物可以大约0. 1 %至0. 2%的重量比溶解在三氯 甲烷或四氢呋喃中以形成多嵌段共聚物溶液。可利用麦耶棒将多嵌段共聚物溶液扩散到纳 米多孔石墨烯层102的样本上以形成均匀的膜。可允许溶剂在空气中干燥以在纳米多孔石 墨烯层102上形成厚度小于1微米的多嵌段共聚物的膜。
[0064] 示例2 :可以通过沉积大约90-99%的聚(乙二醇)丙烯酸一甲醚以及大约1-10% 的聚(乙二醇)二丙烯酸盐的混合前体膜来制备第一选择性膜104,用大约0. 1 %的2, 4-二 乙基硫杂蒽酮作为光敏引发剂。可以将混合的前体膜干燥,可以利用365纳米光将混合的 前体膜固化5分钟以在纳米多孔石墨烯层102上形成第一选择性膜104作为小于1微米厚 的交联膜。在第一选择性膜104已经干燥和固化之后,可以利用标准的提离方法(干燥或 湿润)从衬底提升第一选择性膜104和纳米多孔石墨烯层102的复合物,然后可将第一选 择性膜104和纳米多孔石墨烯层102的复合物转移到诸如金属网的二维或三维机械支撑件 上。
[0065] 示例3 :可制备第一选择性膜104作为泡沸石膜,诸如ZSM-5。纳米多孔石墨烯 层102可以在铜箔上生长且可转移到构造为聚四氟乙烯的无孔支撑衬底206上,因为否 则铜箔在泡沸石结晶化过程中会腐蚀。泡沸石种子层可通过如下来制成:在分子组成为 5Si0 2: lTPA0H:500H20:20Et0H的混合物中在大约130°下热水生长大约12小时,以及在大 约520°C下锻烧。ZSM-5种子可以通过浸渍涂覆法浇注到图案化的石墨烯层上。可利用上 述条件生长泡沸石晶体大约20个小时以涂覆纳米多孔石墨烯层102,第一选择性膜104作 为泡沸石ZSM-5的膜。第一选择性膜104和纳米多孔石墨烯层102的复合物可以从聚四氟 乙烯衬底提升起且利用干冲压法转移到诸如金属网的二维或三维机械支撑件上。
[0066] 示例4 :诸如示例1的聚乙烯氧化物嵌段共聚物的密致选择性膜可尤其用于二氧 化碳分离。可以使用二氧化碳膜,例如,来缓和天然气流,其可以包括用于从较小甲烷分子 流中选择性地分离出较大的二氧化碳分子的"逆向选择性"。示例1的复合膜可以与在复 合膜上游增压的〇) 2相对贫乏的气流和在复合膜下游以降低的压力渗透通过的CO2相对充 裕的气流相接触。由于石墨烯的较大的拉伸强度,所以即使当机械支撑件中的孔的尺寸非 常大(例如,直径大于大约100微米)时也可对复合膜施加高的跨膜压力(例如,大于大约 10-100个大气压)。
[0067] 在各个示例中,描述了复合膜。该复合膜可以包括具有第一面和第二面的纳米多 孔石墨烯层。复合膜还可以包括配置为与纳米多孔石墨烯层的第一面相接触的第一选择性 膜。复合膜还可以包括配置为与纳米多孔石墨烯层的第二面相接触的多孔支撑衬底。
[0068] 在复合膜的一些示例中,第一选择性膜可以包括如下中的一种或多种:聚合物、泡 沸石、金属、金属有机骨架或陶瓷。第一选择性膜可以包括如下中的一种或多种:丙烯腈二 乙烯丁二烯、烯丙树脂、碳纤维、纤维素树脂、环氧树脂、聚亚烃乙烯醇、含氟聚合物、蜜胺甲 醛树脂、酚醛树脂、聚缩醛、聚丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚丙烯腈、聚亚烃、聚亚烃氨基甲酸盐、 聚亚烃氧化物、聚亚烃化硫、聚亚烃对苯二酸盐、聚烷基烷基丙烯酸盐、聚烯烃酰胺、卤化聚 亚烃、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚亚芳基间苯二酰胺、聚亚芳基氧化物、聚亚芳基硫化物、聚 芳酰胺、聚亚芳基对苯二亚甲基酰胺、聚亚芳醚酮、聚碳酸酯、聚丁二烯、聚酮、聚酯、聚醚醚 酮、聚醚酰亚胺、聚醚砜、聚酰亚胺、聚邻苯二甲酰胺、聚苯乙烯、聚砜、聚四氟烯烃、聚氨酯、 聚乙烯烷基醚、聚乙烯卤化物、聚偏乙烯卤化物、硅酮聚合物或其组合或其共聚物。第一选 择性膜的特征在于平均厚度在大约10纳米至大约1微米的范围内。
[0069] 在复合膜的一些示例中,多孔支撑衬底可以包括如下中的一种或多种: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。多孔支撑衬底可 以包括特征为平均直径在大约1微米与大约1毫米之间的范围内的多个孔。纳米多孔石墨 烯层可以是纳米多孔石墨烯单层。纳米多孔石墨烯层还可以包括特征为平均直径在大约2 埃与大约1微米之间的范围内的多个孔。
[0070] 在多个示例中,复合膜还可以包括配置为与第一选择性膜相接触的第二选择性 膜。第一选择性膜和第二选择性膜中的至少一个的特征在于平均厚度小于大约1微米。
[0071] 在各个示例中,描述了制备复合膜的方法。该方法可以包括:将第一选择性膜沉 积在纳米多孔石墨烯层的第二表面上。纳米多孔石墨烯层的第一表面可以接触无孔支撑衬 底。该方法还可以包括: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。 该方法还可以包括:使纳米多孔石墨烯层的第二表面与多孔支撑衬底接触以利于形成复合 膜。
[0072] 在一些示例中,该方法可以包括:在无孔生长衬底上生长石墨烯。该方法还可以包 括:将石墨烯穿孔以形成纳米多孔石墨烯层。将石墨烯穿孔以形成纳米多孔石墨烯层可以 包括如下中的一种或多种方法:电子束蚀刻、离子束蚀刻、原子提取、胶体晶体刻蚀、嵌段共 聚物刻蚀或光刻法。该方法还可以包括:将纳米多孔石墨烯层从无孔生长衬底转移到无孔 支撑衬底。无孔生长衬底可以是无孔支撑衬底。
[0073] 该方法的多个示例可以进一步包括:选择包括纳米多孔石墨烯单层的纳米多孔石 墨烯层。该方法还可以包括:选择包括多个孔的纳米多孔石墨烯层,多个孔的特征在于平均 直径在大约2埃与大约1微米之间的范围内。沉积第一选择性膜可以包括如下中的一种或 多种:溶液沉积、电沉积、旋涂、浸渍涂敷、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。该方法可以包括选择包括聚合物、泡沸石、金属、金属有机骨架和 /或陶瓷中的一种或多种的第一选择性膜。第一选择性膜可以包括如下中的一种或多种: 丙烯腈二乙烯丁二烯、烯丙树脂、碳纤维、纤维素树脂、环氧树脂、聚亚烃乙烯醇、含氟聚合 物、蜜胺甲醛树脂、酚醛树脂、聚缩醛、聚丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚丙烯腈、聚亚烃、聚亚烃氨 基甲酸盐、聚亚烃氧化物、聚亚烃化硫、聚亚烃对苯二酸盐、聚烷基烷基丙烯酸盐、聚烯烃酰 胺、卤化聚亚烃、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚亚芳基间苯二酰胺、聚亚芳基氧化物、聚亚芳基 硫化物、聚芳酰胺、聚亚芳基对苯二亚甲基酰胺、聚亚芳醚酮、聚碳酸酯、聚丁二烯、聚酮、聚 酯、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、聚醚砜、聚酰亚胺、聚邻苯二甲酰胺、聚苯乙烯、聚砜、聚四氟烯 烃、聚氨酯、聚乙烯烷基醚、聚乙烯卤化物、聚偏乙烯卤化物、硅酮聚合物或其组合或其共聚 物。
[0074] 在方法的各个示例中,沉积第一选择性膜可以包括以范围在大约10纳米与大约1 微米之间的范围内的平均厚度沉积。该方法可以包括选择包括如下中的一种或多种的多 孔支撑衬底: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。该方法可以包括选择包括多个孔的多孔支撑衬底,多个孔的特征在于平均直径在大约1 微米与大约1毫米之间的范围内。该方法还可以包括:使第二选择性膜与第一选择性膜接 触,其中第一选择性膜和第二选择性膜中的至少一个的特征可在于平均厚度小于大约1微 米。
[0075] 在各个示例中,描述了制造复合膜的系统。该系统可以包括如下中的一个或多个: 化学气相沉积室;化学气相沉积源;加热器;温度传感器;样本操纵器;石墨烯纳米穿孔装 置;聚合物膜操纵器;选择性膜沉积装置;多孔支撑源;以及控制器。该控制器可与化学气 相沉积室、化学气相沉积源、加热器、温度传感器、样本操纵器、石墨烯纳米穿孔装置、聚合 物膜操纵器、选择性膜沉积装置和多孔支撑源可操作地耦接。控制器可由机器可执行指令 来配置。可以包括控制样本操纵器以利于将无孔生长衬底定位在化学气相沉积室中的指 令。还可以包括控制化学气相沉积源、温度传感器和加热器以利于在化学气相沉积室中将 石墨烯沉积在无孔生长衬底上的指令。可以进一步包括控制石墨烯纳米穿孔装置以利于对 无孔生长衬底上的石墨烯穿孔以形成纳米多孔石墨烯层的指令。另外,可以包括控制选择 性膜沉积装置以利于将第一选择性膜沉积在纳米多孔石墨烯层的第一表面上的指令。可以 包括控制聚合物膜操纵器以利于将纳米多孔石墨烯层连同第一选择性膜一起从无孔支撑 衬底移除的指令。还可以包括控制多孔支撑源以利于提供多孔支撑衬底的指令。可以进一 步包括控制聚合物膜操纵器以利于使纳米多孔石墨烯层的第二表面与多孔支撑衬底的表 面相接触以形成复合膜的指令。
[0076] 在系统的一些示例中,控制器可进一步由可执行指令配置,所述可执行指令控制 聚合物膜操纵器以利于在将第一选择性膜沉积在纳米多孔石墨烯层的第一表面上之前将 纳米多孔石墨烯层从无孔生长衬底转移到无孔支撑衬底。可以包括控制石墨烯纳米穿孔装 置以利于利用如下中一种或多种方法对石墨烯穿孔的指令:电子束蚀刻、离子束蚀刻、原子 提取、胶体晶体刻蚀、嵌段共聚物刻蚀或光刻法。还可以包括控制化学气相沉积源、温度传 感器和加热器以利于将石墨烯沉积在无孔生长衬底上作为石墨烯单层的指令。可以进一步 包括控制选择性膜沉积装置以利于通过如下中的一个或多种方法来沉积第一选择性膜的 指令:溶液沉积、电沉积、旋涂、浸渍涂覆、化学气相沉积、聚合、析出、化学气相沉积、原子层 沉积、溅射或蒸发式沉积。
[0077] 在系统的多个示例中,可以包括控制选择性膜沉积装置以利于以范围在大约10 纳米与大约1微米之间的平均厚度沉积第一选择性膜的指令。可以包括控制聚合物膜操纵 器以使第二选择性膜与第一选择性膜相接触的指令。第一选择性膜和第二选择性膜中的至 少一个的特征可在于平均厚度小于大约1微米。
[0078] 在各示例中,描述了其中存储有用于制造复合石墨烯膜的指令的计算机可读存储 介质。可以包括控制样本操纵器以利于将无孔支撑衬底定位在化学气相沉积室中的指令。 纳米多孔石墨烯层的第一表面可以接触无孔支撑衬底。还可以包括控制选择性膜沉积装置 以利于将第一选择性膜沉积在纳米多孔石墨烯层的第二表面上的指令。可以进一步包括控 制聚合物膜操纵器和样本操纵器以利于将纳米多孔石墨烯层连同第一选择性膜一起从无 孔支撑衬底移除的指令。还可以包括控制聚合物膜操纵器和样本操纵器以利于使纳米多孔 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的指令。
[0079] 在计算机可读存储介质的一些示例中,可以包括控制化学气相沉积源、温度传感 器和加热器以在化学气相沉积室中将石墨烯沉积在无孔生长衬底上的指令。还可以包括控 制石墨烯纳米穿孔装置以利于对无孔生长衬底上的石墨烯穿孔以形成纳米多孔石墨烯层 的指令。可以进一步包括控制化学气相沉积源、温度传感器和加热
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