电渗泵和具有该电渗泵的流体泵送系统的制作方法_4

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供高得多的累送性能。
[0174] 此外,图8A是当1.5V的电压施加到根据比较实施例1所述的电渗累的每一端同时 每隔一分钟交替地更换电压的极性而获得的电流响应曲线图,而图8B是当1.5V的电压施加 到根据实施例1所述的电渗累的每一端同时每隔一分钟更换电压的极性而获得的电流响应 曲线图。
[0175] 参考图8A所示,在电渗累包括上面电沉积有PANI-NCV的电极的情况下,发现50微 安或小于50微安的电流在该电渗累中流动,并且发现流率仅仅是3微升/分钟或3微升/分钟 W下。参照图8B,在另一方面,在包括上面电沉积有PANI-PSS1 勺电极的电渗累的情况下,发 现150微安或小于150微安的电流在该电渗累中流动,并且能在正向方向和反向方向两者都 维持10微升/分钟的流率。
[0176] 如可W从上面的结果可W看出,相比于包括含有小分子离子的导电性聚合物电极 的电渗累,包括含有阴离子性聚合物的导电性聚合物电极的电渗累具有对应于正向/反向 方向的电极反应的较稳定和高得多的流率。
[0177] 同时,图9是示出了流体累送系统的寿命的曲线图,该流体累送系统包括使用上面 电沉积有PANI-PSS^勺电极的电渗累。如在图9中所描绘的,包括使用上面电沉积有PANI-PSSl勺电极的电渗累的该流体累送系统被观察到稳定地工作超过2个月,在此期间,可W传 送150毫升或150毫升W上的传送目标流体。即,由于电极的消耗和再生反复地发生,所W较 稳定地使用电渗累持续较长的时间段是可能的。
[017引(实施例1与比较实施例2)
[0179] 图10是当1.5V的电压施加到根据比较实施例2所述的电渗累的每一电极(上面电 沉积有PANI-N(V)同时每隔一分钟反转电压的极性而获得的电流响应曲线图。
[0180] 参考图10,在电渗累包括上面电沉积有PANI-NCV的电极的情况下,发现40微安或 小于40微安的电流在该电渗累中流动,并且发现流率仅仅是3微升/分钟或3微升/分钟W 下。即,相比于包括上面电沉积有PANI-PSS1 勺电极的电渗累的性能(其中发现约150微安或 小于150微安的电流流动,并且流率被发现是10微升/分钟),包括上面电沉积有PANI-NOsI勺 电极的电渗累显示出远远较低的性能。
[0181] (实施例2与比较实施例1和2)
[0182] 图11是当1.5V的电压施加到根据实施例2所述的电渗累的每一电极(上面电沉积 有PED0T-PSS-)同时每隔一分钟反转电压的极性而获得的电流响应曲线图。
[0183] 参考图11,在电渗累包括上面电沉积有PED0T-PSS1 勺电极的情况下,发现80微安 或小于80微安的电流在该电渗累中流动,并且发现流率是7微升/分钟或7微升/分钟W下。 发现相比于比较实施例1和2的电流响应幅值和流率,实施例2的电流响应幅值和流率是较 高的。即,证明了相比于包含混合有分子阴离子的导电性聚合物的电极相比,包含混合有阴 离子性聚合物的导电性聚合物的电极具有更高的累送性能。
[0184] (实施例3与实施例1和2)
[0185] 图12A和图12B是分别示出了电流响应和流率的曲线图,其是在1.5V的电压施加到 根据实施例3所述的电渗累的每一电极(涂有PANI-PSS-CNT复合物)同时每隔一分钟反转电 压的极性而获得的。
[0186] 参考图12A,在电渗累包括涂有PANI-PSS-CNT复合物的电极的情况下,发现约250 微安或250微安W上的电流流动。而且,参考图12B,在该电渗累的流率被发现是约15化/分 钟。如从运些结果可W看出的,相比于实施例1和2的电渗累的电流响应的幅值、流率和累送 性能,实施例3的电渗累具有较高的电流响应的幅值、较高的流率和较高的累送性能。
[0187] [包括多孔碳电极的电渗累和流体累送系统]
[0188] 现在,将对根据本发明的第二示例性实施方式的电渗累进行说明。运里,与在第一 示例性实施方式的电渗透累中的所描述那些相同或类似的部件将被分配相同的标号。
[0189] 图13是示出根据本发明的第二示例性实施方式的电渗累的结构图。
[0190] 该电渗累10包括膜11; W及分别设置在膜11的相反的两侧的第一电极13和第二电 极15。第一电极13和第二电极15被连接到电源单元17。
[0191] 膜11被设置在流体路径19中,流体移动通过流体路径19。膜11由多孔材料制成或 具有多孔结构W允许流体移动穿过。
[0192] 第一电极13和第二电极15设置在流体路径19上的膜的相反的两侧。第一电极13和 第二电极15中的每一个可W仅由多孔碳制成。第一电极13和第二电极15被W规则的间隔彼 此保持隔开,膜11介于两者之间。类似膜11,第一电极13和第二电极15各自也由多孔材料制 成或具有多孔结构,W允许流体流过。
[0193] 电源单元17被连接到第一电极13和第二电极15,并且被构造成提供电力到第一电 极13和第二电极15,使得电化学反应可W发生。当阳离子(正离子)移动时,第一电极13和第 二电极15的电化学反应发生。
[0194] 详而言之,电源单元17被配置成为提供电压到第一电极13和第二电极15,同时交 替地反转电压的极性。运里,术语"提供电压同时交替地反转电压的极性"意指交替地沿反 向方向提供电流。
[01M]因此,在电渗累10中,通过流体的运动,可W产生累送力,并且,同时,第一电极13 和第二电极15的消耗和再生反复地进行。
[0196] 举非限制性实施例而言,电源单元17包括被配置成提供直流电压给第一电极13和 第二电极15中的每一个的直流电源装置(未示出)。此外,电源单元17还可包括电压方向切 换装置(未示出),该装置被配置成W预定的时间间隔交替地切换被提供给第一电极13和第 二电极15中的每个的直流电压的极性。
[0197] 通过上述结构,能够连续地W预定的时间间隔反转被提供给第一电极13和第二电 极15中的每个的电压的极性。
[0198] 流体路径19提供了流体的移动路径,流体在相反的两侧(空间)之间移动,膜11W 及第一电极13和第二电极15位于该相反的两侧(空间)之间。
[0199] 运里,流体路径19可W是其中填充有流体的容器的形式。举例而言,流体路径19可 具有圆筒的形状,但不限于此。
[0200] 此外,该流体也可W填充在膜11与第一电极13和第二电极15W及流体路径19内。
[0201] 此外,流体路径19可具有用于传递累送力的开口。例如,该开口可在由膜11、第一 电极13和第二电极15隔开的相对的两个空间中的任一个或两个中形成,W由此传递由流体 向外部移动所产生的累送力。例如,在流体路径19形成的开口可被连接到图18所示的流体 累送系统1000的累送管线70,从而可使累送力传输到外部。
[0202] 图14是用于描述根据第二示例性实施方式所述的电渗累的操作的简图,并且图 15A和图15B是用于描述根据第二示例性实施方式的电渗累的可逆电极响应的简图。
[0203] 参照图14、图15A和图15B,将对根据第二示例性实施方式的电渗累10的操作进行 说明。
[0204] 如果电力通过电源单元17被提供到第一电极13和第二电极15,则在第一电极13和 第二电极15之间产生电压差。
[0205] 由于在第一电极13和第二电极15之间的电压差,因而在第一电极13和第二电极15 发生氧化还原反应,从而使电荷的平衡被打破。此时,随着具有高迁移率的离子移动,电荷 平衡得W实现。
[0206] 运里,如果将电压施加到第一电极13和第二电极15中的每一个,那么在第一电极 13和第二电极15发生氧化还原反应,并且离子移动通过膜11,使得流体也可W移动。
[0207] 膜11不仅允许流体而且允许离子移动穿过。如果电源单元17连接到电极13和15, 那么流体和离子可W从膜11的一侧移动到另一侧,反之亦然。当流体和离子W运种方式移 动通过膜11时,就产生累送力。
[0208] 举例而言,膜11可通过使用呈具有约0.1皿至约扣m的粒径范围的颗粒形式的二氧 化娃、玻璃或类似物形成,但不受限于此。
[0209] 此外,例如,膜11可W是圆盘状膜,或MEA(膜电极组件)。除了运些提到的实施例, 膜11还可W由各种多孔材料形成或者可W具有各种多孔结构。
[0210] 随着阳离子(正离子)沿一定的方向移动,第一电极13和第二电极15的电化学反应 发生,由此建立电荷平衡。运里,第一电极13和第二电极15中的任一个通过电化学反应产生 阳离子,而第一电极13和第二电极15中的另一个通过电化学反应消耗阳离子。
[0211] 二氧化娃、玻璃或类似物被广泛用作膜11的材料。由运种材料制成的膜的表面在 水溶液中带负电荷。运里,由于在阳离子和带负电荷的膜11之间被施加有吸引力,因此,阳 离子可W容易地通过膜11。相应地,电极13和15的电化学反应的速度可W得到改善。因此, 流体的运动被允许顺利地发生,从而使得稳定的电渗累10可W获得。
[0212] 运里,在第一电极13和第二电极15的电化学反应过程中所产生和消耗的阳离子可 W是一价阳离子,但不受限于此。
[0213] 举非限制性实施例而言,所述阳离子可W包括氨离子姐),但不刻良于此。
[0214] 属于质子的r的离子迁移率比其他阳离子的迁移率高得多。如上所述,电渗累10 伴随离子的运动和流体的运动。因此,在氨离子在电极反应过程中移动的情况下,流体传送 速度将增大,从而使得电渗累10的性能可进一步改善。
[0215] 举非限制性实施例而言,电渗累10可W使用水溶液作为流体。通过使用水溶液作 为流体,氨离子可W在电极反应过程中移动。
[0216] 根据本公开的第二示例性实施方式所述的电渗累10在几乎不含电解质的溶液中 可W表现出较高的累送性能。此时,属于由水的离解产生的阳离子的氨离子可W移动W建 立电荷平衡。
[0217] 此外,根据所设及的流体,所述阳离子可包括各种离子,如Na+和r。
[0218] 第一电极13和第二电极15仅由多孔碳制成。此时,该流体通过多孔碳本身的电化 学反应移动。
[0219] 随着阳离子沿一定的方向移动,多孔碳的电化学反应发生,由此建立第一电极13 和第二电极15的电荷平衡。
[0220] 通常,销被广泛地用作所述电极的材料。最近,为了稳定地驱动电渗累而没有伴随 气体产生,银(Ag)、氧化银(Ag0)、Mn0(0H)、聚苯胺(PANI)等被用作所述电极的材料。电极具 有基本的结构,其中上述电极材料通过电沉积涂布在碳纸上。通常,通过使用运种结构,经 由通过电沉积在电极上的材料的氧化还原反应使流体移动而产生累送力。然而,由于运些 常规的电极的形成设及电沉积另一种材料在碳纸上所必需的工艺,因此产生电渗累的整个 工艺已被复杂化。
[0221] 同时,在根据本发明的第二示例性实施方式所述的电渗累10中,第一电极13和第 二电极15仅由多孔碳制成,并将通过多孔碳本身的电化学反应使流体移动。因此,当形成第 一电极13和第二电极15时,电沉积另一种材料的工艺可W省略,并且,因此,电渗累10能够 W较简单的方式来实现。
[0222] 在此,可W通过氧化反应对多孔碳进行酸处理,使得氧化物质存在于其表面上。
[0223] 因此,由于在多孔碳的表面上所形成的各种氧化物质可W参与氧化反应,所W电 渗累10的性能可W得到改善。
[0224] 例如,所述氧化性物质可W包括簇基、内醋、酪、苯酿、酢等等,但不受限于此。
[0225] 在此,多孔碳的表面可W通过使用不同的方法进行酸处理,运些方法包括化学方 法和物理方法。
[0226] 举例而言,该多孔碳的表面的氧化反应可通过等离子体处理来实施。即,多孔碳可 W使用等离子体通过氧化反应进行氧化(酸处理),使得氧化物质存在于其表面上。该等离 子体氧化工艺可通过使用各种具有氧化能力的气体(如氧气)的等离子体(例如,空气等离 子体)来执行。
[0227] 此外,也可W通过使用酸性溶液的工艺来导致该氧化反应。也就是说,多孔碳可通 过在酸性溶液中的氧化反应进行表面处理,使得氧化物质存在于其表面上。运里,酸性溶液 可W是硝酸溶液化M)3)、硫酸溶液化2S化)、或硝酸溶液和硫酸溶液的混合物,但不受限于 此。
[0228] 活性物质可W不同,具体取决于多孔碳的表面是否通过等离子体或类似物处理, 并且,还取决于用于氧化多孔碳的酸性溶液的组成、氧化溫度等等。
[0229] 也就是说,电流的流动和累的流率可W根据酸性溶液的浓度、混合比例、反应溫 度、反应时间等等的不同而不同。运一点将在后面说明本发明的实施例时进行详细描述。
[0230] 图15A和图15B是用于描述根据第二示例性实施方式所述的电渗累的可逆反应的 简图。
[0231] 形成第一电极13和第二电极15的多孔碳能够引起可逆电化学反应。因此,在第一 电极13和第二电极15中的每一个中,正向反应和逆向反应两者都可W发生。
[0232] 例如,参考图1
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