納米篩網及其製造方法
2023-06-01 12:56:51
專利名稱：納米篩網及其製造方法
技術領域：
本發明關於一種篩選裝置，特別涉及一種納米級篩網及其製造方法。
背景技術：
目前，納米技術的生產和應用越來越廣泛，而在許多納米粉體的應用上，往往要求粉體粒徑的一致性。常用納米粉體的製造方法有化學還原法、氣相沉積法、溶膠凝膠法等，由於反應條件影響和反應過程難以控制，使這些方法並不能獲得粒徑單一的納米粉體，因而需藉助於其它方法，例如，通過篩選由上述方法所製備的納米粉體產物，只要使篩網的網孔直徑一致即可篩選出粒徑一致的納米粉體。
請參閱圖1，為傳統篩網結構示意圖。該篩網1包括一底盤2以及由底盤2周緣向上延伸的側壁3。底盤2包括一位於中央的網格狀篩盤4以及和該篩盤4周緣相接合的周盤5。此傳統篩網1採用網格狀篩盤4，僅能對宏觀粉末微粒進行篩選，而對於納米級粉體，該篩網1已不適用，必須採用一些具有納米級多孔結構材料的篩網。
2002年2月28日公開的中國第02110938.9號專利揭露一種以錳結核、富鈷結殼為原料合成鋇鈣錳礦型分子篩的方法。利用新鮮錳結核或富鈷結殼和氧化劑反應，以提高原料中錳元素的氧化態；然後將鎂離子植入錳礦物晶格，使其發揮模板劑作用；經過高溫水熱反應，原料中各種鐵錳氧化物、氫氧化物均轉變成鋇鈣錳礦型分子篩。該方法所得分子篩具有3×3型隧道孔結構，篩孔直徑約0.69納米，該納米篩膜孔徑小，可廣泛應用於化工催化、環境工程、高性能電池等領域。但是其孔徑太小且過於單一，不能滿足不同孔徑需求的納米級篩網。
2001年2月28日公開的中國第01109223.8號專利申請揭露一種納米篩膜，其包括陶瓷材料支撐體及在該支撐體上燒結而得的γ-MnO2納米篩膜。陶瓷支撐體具有微米級濾孔，篩膜平均孔徑為2～3nm，γ-MnO2原始粒徑為20～30nm，聚集粒徑為100～500nm，膜層厚度為10～15微米。反應器用陶瓷支撐體將γ-MnO2納米篩膜間隔為兩個空間，塗覆γ-MnO2納米篩膜一面是催化反應區，另一面是開放式負壓區。該納米篩膜孔徑較小，有利於負載催化劑粒子，提高催化性能。但是其孔洞是由分子的間隔形成，因而孔洞面積相對於整個納米篩膜的面積較小，即開孔率較小，不能充分利用其有效面積，造成該納米篩膜篩選速率降低，因而過濾效率低下。
有鑑於此，提供一種有效利用面積高、篩選效率高的納米篩網及其製造方法實為必要。
發明內容為克服現有技術中納米篩網有效利用面積低、篩選效率低等不足，本發明的目的在於提供一種有效利用面積高、篩選效率高的納米篩網。
本發明的另一目的在於提供上述納米篩網的製造方法。
為實現上述第一目的，本發明提供一種納米篩網，其包括一薄膜及用於固持該薄膜的底盤，該底盤周緣形成有側壁；其中，該薄膜包括具有方向性規則排列的納米濾孔結構的氧化鋁膜。
而且，所述納米濾孔之間相互平行且基本垂直於所述薄膜表面。
所述納米濾孔按六邊形分布排列。
所述納米濾孔的孔徑範圍為5納米～400納米。
所述納米濾孔的開孔率在1011個/cm2以上。
所述薄膜厚度範圍10納米～100納米。
為實現上述第二目的，本發明提供上述納米篩網的製造方法，其包括以下步驟提供一鋁基材；在鋁基材一表面形成具有方向性規則排列納米濾孔結構的氧化鋁薄膜；去除鋁基材，獲得自支撐氧化鋁薄膜；使薄膜固持在一具周緣側壁的底盤中央位置，構成納米篩網。
其中，所述薄膜形成方法採用陽極氧化法。
所述陽極氧化法的電解液採用硫酸、草酸、磷酸、鉻酸或其混合酸。
所述鋁基材採用組份及其質量分數對應為磷酸∶乙酸∶硝酸∶水＝72％∶15％∶8％∶5％的混合溶液蝕刻去除。
與現有技術中的納米篩網相比，本發明提供的納米篩網採用具有納米濾孔結構的氧化鋁薄膜，該薄膜可通過調整電壓來控制其孔隙間距，以獲得密集分布且按一定方向性規則排列納米濾孔結構，能增加薄膜有效利用面積，加快納米篩網的篩選速率，從而提高其篩選效率。
下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
圖1是傳統篩網結構示意圖。
圖2是本發明的納米篩網結構示意圖。
圖3是本發明的納米篩網中薄膜的表面結構放大示意圖。
圖4是本發明的納米篩網的製造過程示意圖。
具體實施方式請參閱圖2，本發明提供的納米篩網10包括一薄膜11、用於固持該薄膜的底盤12以及形成在底盤12周緣的側壁13。其中，底盤12是中央為空的底座，從而可使薄膜11固持在底盤12中央部位。側壁13具有一定高度，可盛裝一定量待篩選的粉末(圖未示)。薄膜11是一種多孔性氧化鋁薄膜，在其厚度方向形成有按一定方向規則排列的納米濾孔14。
請參閱圖3，為納米篩網10中薄膜11的表面結構放大示意圖。薄膜11由許多具有六面柱體狀的晶胞15組成(如圖中虛線所示)，每個晶胞15中央包含一個圓柱孔狀納米濾孔14，每個晶胞15周圍按六邊形排布有六個與其相同的晶胞，即各晶胞所含濾孔的中心連線為一六邊形(如圖中實線所示)。其中，納米濾孔14為一貫穿薄膜11且垂直於其表面的圓柱通孔，納米濾孔14之間相互平行、尺寸相同，且按六邊形分布排列。上述納米濾孔14的結構可採用陽極氧化法製得，並通過控制陽極氧化的製備條件，如調節氧化電壓、時間等製備條件，即可獲得各種尺寸的納米濾孔14，通常在5納米～400納米範圍內，深度約為10納米～100納米，等同於薄膜11的厚度，納米濾孔14的開孔率至少為1011個/cm2。
本發明提供的納米篩網10可根據需要預先選擇和待篩選粉末顆粒相同尺寸的納米濾孔14，從而可篩選出粒徑均勻一致的納米顆粒。篩選時可配合其它震動裝置如超聲波震蕩器等一起使用，必要時還可採用衝水過濾的方法篩選粉末。由於納米濾孔14密集分布且按一定方向性規則排列，增加了薄膜11有效利用面積，同時加快了納米篩網10的篩選速率，最終提高納米篩網10的篩選效率。
請參閱圖4，為納米篩網10的製造過程示意圖，其包括以下步驟(1)提供一鋁基材16選取一塊純度較高的平整鋁基材16(也可用鋁合金)，並對其進行預處理，如熱處理、表面脫脂處理及電化學拋光處理等，以使預形成薄膜的表面成為一平整光滑的平滑表面17，以利於進行對其進行陽極氧化處理。
(2)在鋁基材16表面形成具有方向性規則排列的納米濾孔14結構的氧化鋁薄膜11在硫酸、草酸、磷酸、鉻酸或其混合酸等酸性電解液中對鋁基材16進行陽極氧化，使其平滑表面17形成多孔氧化鋁薄膜11。為獲得孔徑均勻一致，分布均勻的納米濾孔14，可去除薄膜11之後重複上述陽極氧化步驟，進行二次陽極氧化，最終可獲得具有規則排列的納米濾孔14結構的薄膜11，而且納米濾孔14相互平行，由薄膜一表面延伸至另一表面。陸梅等人在《蘭州大學學報》(自然科學版)，2002，38(4)，47-54，「多孔氧化鋁膜的製備及其表徵」一文中指出，多孔氧化鋁膜的孔間距及孔徑均隨所加氧化電壓的增加而增加。因而，可利用電壓與孔隙間隔大小成正比的關係，通過調整電壓來控制孔隙間距，以調節納米濾孔14的分布狀況，從而獲得密集分布納米濾孔14的薄膜11，使薄膜11具有較高有效利用面積。同時通過控制陽極氧化條件，如電解液種類、氧化電壓、溫度、時間以及電流密度等因數，可獲得不同孔徑的納米濾孔14，通常在5納米～400納米之間。如當以硫酸為電解液時，所得納米濾孔14的孔徑較小，通常在20納米左右；而以草酸為電解液時，所得納米濾孔14的孔徑較大，通常在40納米以上。
(3)去除鋁基材16，獲得自支撐氧化鋁薄膜11去除鋁基材16的方法可採用蝕刻法，並以混合酸為蝕刻液，該混合酸中各種酸組份及其所含質量分數對應為磷酸∶乙酸∶硝酸∶水＝72％∶15％∶8％∶5％。蝕刻去除鋁基材16之後，剩下自支撐的氧化鋁薄膜11，該薄膜11厚度範圍為10納米～100納米。如欲獲得足夠大孔徑的納米濾孔14，還可對該自支撐薄膜11進行擴孔處理。
(4)使氧化鋁薄膜11固持在一具周緣側壁13的底盤12中央，構成納米篩網10取一具周緣側壁13的底盤12，該底盤12中央為空，薄膜11即可固定在底盤12的中央，從而構成具納米篩孔的納米篩網10。
另外，薄膜11使用前還可進一步對其進行表面處理或熱處理，以提高其硬度、抗脆性等相關性能。
與現有的納米篩網相比，本發明提供的納米篩網10採用具有納米濾孔14結構的氧化鋁薄膜11，該薄膜11可通過調整電壓來控制其孔隙間距，以獲得密集分布且按一定方向性規則排列納米濾孔14結構，能增加薄膜11有效利用面積，加快納米篩網10的篩選速率，從而獲得較高的篩選效率。
權利要求
1.一種納米篩網，其包括一薄膜及用於固持該薄膜的底盤，該底盤周緣形成有側壁；其特徵在於該薄膜包括具有方向性規則排列的納米濾孔結構的氧化鋁膜。
2.如權利要求1所述的納米篩網，其特徵在於所述納米濾孔之間相互平行且基本垂直於所述薄膜表面。
3.如權利要求1所述的納米篩網，其特徵在於所述納米濾孔按六邊形分布排列。
4.如權利要求2或3所述的納米篩網，其特徵在於所述納米濾孔的孔徑範圍為5納米～400納米。
5.如權利要求2或3所述的納米篩網，其特徵在於所述納米濾孔的開孔率在1011個/cm2以上。
6.如權利要求1所述的納米篩網，其特徵在於所述薄膜厚度範圍10納米～100納米。
7.一種納米篩網的製造方法，其包括以下步驟提供一鋁基材；在鋁基材一表面形成具有方向性規則排列納米濾孔結構的氧化鋁薄膜；去除鋁基材，獲得自支撐氧化鋁薄膜；使薄膜固持在一具周緣側壁的底盤中央位置，構成納米篩網。
8.如權利要求7所述的納米篩網的製造方法，其特徵在於所述薄膜形成方法採用陽極氧化法。
9.如權利要求8所述的納米篩網的製造方法，其特徵在於所述陽極氧化法的電解液採用硫酸、草酸、磷酸、鉻酸或其混合酸。
10.如權利要求7所述的納米篩網的製造方法，其特徵在於所述鋁基材採用各組份及其質量分數對應為磷酸∶乙酸∶硝酸∶水＝72％∶15％∶8％∶5％的混合溶液蝕刻去除。
全文摘要
本發明提供一種納米篩網，其包括一薄膜及用於固持該薄膜的底盤，在該底盤周緣形成有側壁。其中，該薄膜包括具有方向性規則排列的納米濾孔結構的氧化鋁膜，納米濾孔孔徑為5～400nm。另外，本發明還提供上述納米篩網的製造方法。本發明所提供的納米篩網所用薄膜具有方向性規則排列的納米濾孔結構，可提高薄膜有效利用面積，從而提高納米篩網的篩選效率。該納米篩網可廣泛應用於各種納米級粉體的過濾和篩選。
文檔編號B01D69/00GK1785489SQ20041007742
公開日2006年6月14日 申請日期2004年12月9日 優先權日2004年12月9日
發明者翁維襄 申請人:鴻富錦精密工業(深圳)有限公司, 鴻海精密工業股份有限公司