基于多孔薄膜的流体处理装置及其制备工艺的制作方法

本发明涉及流体处理领域，具体涉及一种基于多孔薄膜的流体处理装置及其制备工艺。

背景技术：

1、在日常的生活、工作中，人们对于去除流体中的颗粒而使流体得以净化有着广泛的需求。例如，针对低质量的空气，需去除其中的粉尘、微小颗粒等，以保障人体的健康。又例如，针对水、油(食用油、汽油、柴油等)，需去除其中的颗粒物，以实现水、油的纯化。再例如，针对生物医药等领域，需去除或筛选血液和体液中的细胞、病毒、细菌等。

2、传统的流体处理装置(例如口罩、空气净化器等)大多存在通量低、体积大、使用寿命短等缺陷，且对于流体中细微颗粒的清除效果低下。

3、近年来，随着微纳米加工技术的发展，研究人员又提出了一些基于多孔薄膜的流体处理设备，即，通过在薄膜上刻蚀(腐蚀)出微米或纳米级的众多孔洞，使其可以应用于清除流体中的颗粒，尤其是微小颗粒，其尺寸能精准控制。但是这种装置存在通量与机械强度间的矛盾，通量大的，往往机械结构脆弱，而机械强度大的，通量又很小。这是由于其加工技术的限制，若孔洞越小，则薄膜厚度就需要越薄，这也使得多孔薄膜的机械支撑性能进一步劣化，无法适应恶劣环境，且使用寿命亦非常有限，所以迄今为止还不能实用化。

4、当前还有研究人员利用牺牲层技术，实现了包含横向流道的流体处理装置(参阅图1所示)，这些横向流道的孔径可以被控制在数个纳米，因此利于清除流体中的细微颗粒，但其通量过小。

技术实现思路

1、为至少解决上述存在的技术问题之一，本发明的主要目的在于提供一种基于多孔薄膜的流体处理的装置及其制备工艺。

2、一方面，本发明提供了一种基于多孔薄膜的流体处理装置，包括：

3、具有流体通道的基体，所述基体具有相背对的第一表面和第二表面，所述流体通道的流体入口分布于所述基体的第一表面，以及

4、复数根线形体的聚集体，用以对流经所述流体通道的、混杂有选定颗粒的流体进行处理，所述复数根线形体彼此间隔设置并平行排布形成所述多孔结构；

5、所述聚集体分布于所述流体通道内，并具有多孔结构，所述多孔结构内孔洞的直径大于0但小于所述选定颗粒的粒径；

6、所述线性体的局部或全部表面及所述基体的局部或全部表面设置合适低表面能物质形成的涂层，或直接利用疏水材料形成所述线形体、基体。

7、作为本发明所述基于多孔薄膜的流体处理装置的一种优选方案，所述基体的第一表面还分布有彼此间隔设置的复数根竖立线形体，所述复数根竖立线形体环绕所述流体通道设置。

8、作为本发明所述基于多孔薄膜的流体处理装置的一种优选方案，还包括流体阻挡部，所述流体阻挡部具有与所述基体的第一表面相对设置的第三表面，并且所述复数根竖立线形体一端固定设置于所述基体的第一表面，另一端与所述流体阻挡部的第三表面固定连接，其中相邻坚立线形体之间的距离大于0但小于所述选定颗粒的粒径。

9、作为本发明所述基于多孔薄膜的流体处理装置的一种优选方案，所述流体通道的流体入口及复数根竖立线形体分布在所述流体阻挡部于所述基体的第一表面的正投影内。

10、作为本发明所述基于多孔薄膜的流体处理装置的一种优选方案，所述竖立线形体的长径比为4：1～200000：1；和/或，相邻竖立线形体之间的距离与所述竖立线形体的长度的比值为1：4～1：200000；和/或，所述线形体的直径为1nm～500um。

11、作为本发明所述基于多孔薄膜的流体处理装置的一种优选方案，所述线形体选自纳米线或纳米管。

12、作为本发明所述基于多孔薄膜的流体处理装置的一种优选方案，至少于所述线形体表面还分布有光催化材料或抗菌材料；和/或，所述线形体包括碳纳米线、碳纳米管、zn0纳米线、gan纳米线、ti02纳米线、ag纳米线、au纳米线中的任一种或两种以上的组合。

13、作为本发明所述基于多孔薄膜的流体处理装置的一种优选方案，所述基体的第一表面还设置有功能材料层，所述功能材料层的材质包括光催化材料或抗菌材料；和/或，所述流体处理装置中的至少部分组件具有透明结构；和/或，所述流体通道的流体入口具有规则或不规则形状，所述规则形状包括多边形、圆形或椭圆形；和/或，所述流体通道的孔径为1μm～lmm；和/或，所述基体的厚度在1μm以上。

14、另一方面，本发明还提供一种制备基于多孔薄膜的流体处理装置的工艺，包括：

15、提供具有相背对的第一表面和第二表面的衬底；

16、对所述衬底进行加工，从而在所述衬底上形成一个以上流体通道，所述流体通道具有流体入口和流体出口，所述流体通道的流体入口分布于所述衬底的第一表面；

17、至少于所述流体通道的内壁上覆设用于生长所述线形体的种子层；

18、基于所述种子层在所述流体通道内生长形成复数根线形体，该复数根线形体的聚集体具有多孔结构，用以对流经所述流体通道的、混杂有选定颗粒的流体进行处理，并且所述多孔结构内孔洞的直径大于0但小于所述选定颗粒的粒径。

19、作为本发明制备基于多孔薄膜的流体处理装置的工艺的一种优选方案，还包括：

20、在所述衬底的第一表面及所述流体通道的内壁上覆设用于生长所述线形体的种子层；

21、基于所述种子层在所述衬底的第一表面及所述流体通道内壁上生长形成复数根线形体。

22、较之现有技术，本申请提供的流体处理装置至少具有通量大、流阻小、能高效清除流体中微/纳米级颗粒等特点，还可采用较厚的基体，机械强度高，可以(超声)清洗及多次使用，使用寿命长，且优选具有自清洁功能，同时其制备工艺简单可控，适于规模化大批量制备。

技术特征：

1.一种基于多孔薄膜的流体处理装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于多孔薄膜的流体处理装置，其特征在于，所述基体的第一表面还分布有彼此间隔设置的复数根竖立线形体，所述复数根竖立线形体环绕所述流体通道设置。

3.根据权利要求2所述的基于多孔薄膜的流体处理装置，其特征在于，还包括流体阻挡部，所述流体阻挡部具有与所述基体的第一表面相对设置的第三表面，并且所述复数根竖立线形体一端固定设置于所述基体的第一表面，另一端与所述流体阻挡部的第三表面固定连接，其中相邻坚立线形体之间的距离大于0但小于所述选定颗粒的粒径。

4.根据权利要求3所述的基于多孔薄膜的流体处理装置，其特征在于，所述流体通道的流体入口及复数根竖立线形体分布在所述流体阻挡部于所述基体的第一表面的正投影内。

5.根据权利要求2所述的基于多孔薄膜的流体处理装置，其特征在于，所述竖立线形体的长径比为4：1～200000：1；和/或，相邻竖立线形体之间的距离与所述竖立线形体的长度的比值为1：4～1：200000；和/或，所述线形体的直径为1nm～500um。

6.根据权利要求1所述的基于多孔薄膜的流体处理装置，其特征在于，所述线形体选自纳米线或纳米管。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的基于多孔薄膜的流体处理装置，其特征在于，至少于所述线形体表面还分布有光催化材料或抗菌材料；和/或，所述线形体包括碳纳米线、碳纳米管、zn0纳米线、gan纳米线、ti02纳米线、ag纳米线、au纳米线中的任一种或两种以上的组合。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的基于多孔薄膜的流体处理装置，其特征在于，所述基体的第一表面还设置有功能材料层，所述功能材料层的材质包括光催化材料或抗菌材料；和/或，所述流体处理装置中的至少部分组件具有透明结构；和/或，所述流体通道的流体入口具有规则或不规则形状，所述规则形状包括多边形、圆形或椭圆形；和/或，所述流体通道的孔径为1μm～lmm；和/或，所述基体的厚度在1μm以上。

9.一种制备如权利要求1-8中任一项所述的基于多孔薄膜的流体处理装置的工艺，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的基于多孔薄膜的流体处理装置的制备工艺，其特征在于，还包括：

技术总结
本专利公开了一种基于多孔薄膜的流体处理的装置及其制备工艺，装置包括：具有流体通道的基体，流体通道的流体入口分布于所述基体的第一表面，以及复数根线形体的聚集体，用以对流经所述流体通道的、混杂有选定颗粒的流体进行处理，复数根线形体彼此间隔设置并平行排布形成所述多孔结构；聚集体分布于流体通道内，多孔结构内孔洞的直径大于0但小于选定颗粒的粒径；线性体的局部或全部表面及基体的局部或全部表面设置合适低表面能物质形成的涂层，或直接利用疏水材料形成线形体、基体。本申请的流体处理装置具有通量大、流阻小、能高效清除流体中微/纳米级颗粒等特点，可重复使用，使用寿命长，且适于规模化大批量生产。

技术研发人员：史建伟,杨国勇
受保护的技术使用者：苏州苏瑞膜纳米科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15