超憎液膜的製作方法

2023-11-03 18:38:37

專利名稱：超憎液膜的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及微孔膜，特別涉及其上具有超憎水或超憎液表面的微孔膜。
背景技術：
微孔氣體滲透膜(microporous gas permeable membrane)廣泛用於實現液體和氣體之間的質量轉移。這些膜可以是薄膜或中空纖維的形式。這種膜的一種常見的應用，例如為在實現病人體內血液循環過程中氧和二氧化碳氣體交換的血氧設備中的應用。第3,794,468、4,329,729、4,374,802和4,659,549號美國專利公開了血氧設備的具體實例，這些專利的內容均被引用於此。第5,254,143號美國專利討論了氣體滲透膜的其他具體應用例，其內容也被全部引用於此。
在現有技術圖17中，大倍數放大顯示了一例已有薄膜類微孔膜200的剖面。膜200一般包括膜體202，該膜體具有大量位於其中的微孔204。氣體接觸表面206在膜200的一側面對氣體208，而液體接觸表面210在膜200的另一側面對液體212。液-氣界面214處於每個微孔204上，其面積一般等於微孔204的面積。
在上述討論的已有膜中，該已有膜的液-氣界面面積限定為全部微孔204的總面積。其結果是，由於氣體透過率取決於膜的液-氣界面的可利用面積大小，因此，這些已有膜的氣體透過率以及隨之產生的功效就受到了限制。工業上需要其氣體透過率和功效改進了的微孔氣體滲透膜。

發明內容
本發明提供了一種具有液-氣界面大於膜中全部微孔總面積的液體接觸表面的微孔氣體滲透膜，從而滿足了工業上的需求。在本申請中，「微尺度」(microscale)一般是指小於100毫米的尺度，「納米尺度」(nanoscale)一般是指小於100納米的尺度。表面設計為最高達到某一設定壓力值下仍保持超憎液特性。凸(凹)體應排列成使表面的以接觸線米數/每平方米表面積計量的設定接觸線密度等於或大於按照以下公式確定的接觸線密度值「ΛL」 其中，P是設定壓力值，γ是液體的表面張力，θa，0是通過實驗測量出的凸(凹)體材料上液體的實際前進接觸角，單位為度，ω是凸(凹)體上升角。設定壓力值可以選定為大於膜所可能遇到的預期液壓。
當設定壓力值或其以下的液體和膜的超憎液液體接觸表面接觸時，液體「懸浮」在凸(凹)體的頂部，使得液-氣界面的面積等於超憎液表面的總面積減去全部凸(凹)體的總剖面積。從膜的氣體接觸表面一側通入的氣體穿過膜的微孔，進入超憎液表面的基底和液-氣界面之間的凸(凹)體周圍的空間。由於液-氣界面的面積包括超憎液表面的面積以及全部微孔的總面積，所以膜的氣體透過率和功效比起液-氣界面面積僅為微孔面積的已有膜來說得到大大改進。一般來說，要想使超憎液表面的液-氣界面可利用面積最大化，進而使膜的氣體透過率和功效達到最大，就需要在將設定壓力值維持在膜受到最大預期壓力時仍足以有超憎液特性的水平的同時，使表面的接觸線密度達到最小。
凸(凹)體可以形成於基底材料本身中或基底材料本身之上，或者形成於基底表面上的一層或多層材料中。這些凸(凹)體可以是任何規則或不規則形狀的三維實心或空心體，並且可以按任何規則的幾何形狀排列或者隨機排列。可以使用光刻工藝，或者使用納米加工、微衝壓、微接觸印刷、自組裝金屬膠體單分子膜、原子力微複製納米加工、溶膠-凝膠模製法、自組裝單分子膜定向圖案化工藝、化學蝕刻、溶膠-凝膠衝壓法、膠體墨水印刷法形成，或者通過在基底上排列一層平行納米碳管的方法形成。
本發明還包括液壓最高達到設定壓力值時其表面具有超憎液特性的微孔氣體滲透膜的製造方法。該方法包括以下步驟選擇凸(凹)體上升角；根據以下公式確定臨界接觸線密度「ΛL」 其中，P是設定壓力值，γ是液體的表面張力，θa，0是通過實驗測量出的凸(凹)體材料上液體的實際前進接觸角，單位為度，ω是凸(凹)體上升角；提供具有表面部分的載體；以及在表面部分形成大量凸起的凸出體，使表面的實際接觸線密度等於或大於臨界接觸線密度。另外，通常最好在將設定壓力值維持在膜受到最大預期壓力時仍足以有超憎液特性的水平的同時，使表面的接觸線密度達到最小，從而使液-氣界面的可利用面積最大。
上述方法還包括根據以下公式確定臨界凸(凹)體高度值Zc(米)的步驟 其中，d是相鄰凸(凹)體之間的距離(米)，θa，0是表面液體的實際前進接觸角(度)，ω是凸(凹)體上升角(度)。


圖1A是本發明的薄膜的大倍數放大的剖視圖；
圖1B是本發明的中空纖維膜的大倍數放大的剖視圖；圖1是超憎液表面大量納米/微米尺度的凸(凹)體排列成矩形陣列的大倍數放大的透視圖；圖2是圖1中表面部分的俯視圖；圖3是圖2中表面部分的側視圖；圖4是本發明一實施例中凸(凹)體排列成六邊形陣列的局部俯視圖；圖5是圖4所示實施例的側視圖；圖6是懸浮於凸(凹)體之間的液體撓曲的側視圖；圖7是顯示大量液體懸浮在凸(凹)體頂部的側視圖；圖8是顯示凸(凹)體之間的空間底部和液體接觸的側視圖；圖9是本發明另一實施例中凸(凹)體上升角為銳角的單個凸(凹)體的側視圖；圖10是本發明另一實施例中凸(凹)體上升角為鈍角的單個凸(凹)體的側視圖；圖11是本發明另一實施例中凸(凹)體為圓柱形、且排列成矩形陣列的局部俯視圖；圖12是圖11所示實施例的側視圖；圖13列出了各種凸(凹)體形狀和排列方式所對應的接觸線密度計算公式表；圖14是本發明另一實施例的側視圖；圖15是圖14所示實施例的俯視圖；圖16是本發明另一實施例中單個凸(凹)體的俯視圖；圖17是現有技術薄膜類微孔膜的大倍數放大的剖視圖。
具體實施例方式
抵抗液體潤溼的表面，如果該液體是水，可以稱為憎水表面，如果是其他液體，可以稱為憎液表面。如果表面抗潤溼達到以下一個或全部特徵，該表面一般可稱為超憎水或超憎液表面液滴與表面的前進接觸角很大(約大於120度)且接觸角滯後值小(約小於20度)；表面保留液滴的特性具有顯著減小的趨勢；或者當表面完全浸沒在液體中時表面存在液-氣-固界面。在本申請中，術語「超憎液」通常是指超憎水表面和超憎液表面。這裡使用的術語「微孔膜」是指其中具有直徑為大約之間的孔的膜。
參照圖1A，其為本發明一實施例的微孔氣體滲透薄膜100的大倍數放大的剖視圖。膜100一般包括膜體102，該膜體由其中具有大量微孔104的聚合材料製成。微孔104的直徑較佳為約0.005μm-100μm，最佳為約0.01μm-50μm。在膜100的面對氣體107的一側具有氣體接觸表面106，在面對液體109的一側具有液體接觸表面108。本發明中，在液體接觸表面106上形成超憎液表面20。
圖1B顯示了另一實施例的中空纖維形式的微孔氣體滲透薄膜110。膜110一般包括由其內具有大量微孔114的聚合材料製成的管狀膜體112。膜110在其面對氣體120的外表面118上具有氣體接觸表面116，在面對液體126的內表面124上具有液體接觸表面122。本發明中，在液體接觸表面116上形成超憎液表面20。應該知道，氣體接觸表面116和液體接觸表面122的相對位置可以顛倒過來，使得氣體接觸表面116在內表面124上，而液體接觸表面122在外表面118上。
圖1為超憎液表面20之較佳實施例的大倍數放大圖。表面20一般包括具有大量凸起的凸(凹)體24的基底22。每個凸(凹)體24具有多個側面26和一個頂部28。每個凸(凹)體24具有一寬度(圖中用「x」表示)和一高度(圖中用「z」表示)。
如圖1-3所示，凸(凹)體24排列成規則的矩形陣列，每個凸(凹)體和相鄰的凸(凹)體之間相隔一間距(圖中用「y」表示)。凸(凹)體24的頂緣30所包含的角用表示，凸(凹)體24的側面26相對基底22的上升角用ω表示。角和ω的和等於180度。
通常當表面20存在液-固-氣界面時，該表面會表現出超憎液特性。如圖7所示，如果液體32僅接觸到凸(凹)體24的頂部28和靠近頂緣30的一部分側面26，使凸(凹)體之間的空間34內充滿空氣或其他氣體，則必然出現液-固-氣界面。上述液體可以說成是「懸浮」在凸(凹)體24的頂部以及頂緣30之間。
以下要說明的是，液-固-氣界面的形成取決於凸(凹)體24的某些相互關聯的幾何參數和液體的特性。本發明中，可以選擇凸(凹)體24的幾何特性，使表面20在任何所需的液壓下表現出超憎液特性。
參見圖1-3中的矩形陣列，表面20可劃分成大小相同的包圍每一個凸(凹)體24的用虛線劃界的面積36。每個相同面積36中凸(凹)體的面積密度(δ)可以用以下等式表示=12y2---(1)]]>其中，y是凸(凹)體之間的間距，單位為米。
對於圖1-3中的具有正方形剖面的凸(凹)體24，頂緣30上的頂部28周長(p)為p＝4x (2)其中，x是凸(凹)體寬度，單位為米。
周長p可以稱之為限定液-固-氣界面位置的「接觸線」。表面的接觸線密度(Λ)，即每單位面積表面上的接觸線長度，為周長(p)和凸(凹)體的面積密度(δ)的乘積，即Λ＝pδ (3)對於圖1-3的正方形凸(凹)體的矩形陣列Λ＝4x/y2(4)
如果液體因重力產生的體積力(F)小於其在接觸線上作用於凸(凹)體的表面力(f)，大量液體會懸浮在凸(凹)體24頂部。與重力相關的體積力(F)可由下列公式確定F＝ρgh (5)其中，ρ是液體的密度，g是重力加速度，h是液體的深度。因此，例如對於密度約為1000kg/m3的10米水柱，其體積力(F)為F＝(1000kg/m3)(9.8m/s2)(10m)＝9.8×104kg/m·s2另一方面，表面力(f)取決於液體的表面張力(γ)、凸(凹)體24的側面26相對垂線的表觀接觸角θS、凸(凹)體的接觸線密度(Λ)和液體的表面接觸面積(A)f＝-ΛAγcosθS(6)在一特定固體材料上的液體的實際前進接觸角(θa，0)定義為，在一基本上沒有凸(凹)體的材料表面上的經實驗測量出的液體的最大固定接觸角。該實際前進接觸角通過本領域熟知的技術很容易測量出來。
具有凸(凹)體的表面之懸浮液滴在凸(凹)體的側面顯示出它們的實際前進接觸角值(θa，0)。在凸(凹)體側面相對垂線的接觸角(θS)通過或ω和實際前進接觸角值(θa，0)相關聯，具體如下θS＝θa，0+90°-＝θa，0+ω-90°(7)使F和f相等，推導出接觸線密度Λ，臨界接觸線密度參數ΛL確定後可用於預測表面的超憎液特性 其中，ρ是液體的密度，g是重力加速度，h是液體的深度，γ是液體的表面張力，ω是凸(凹)體側面相對基底的上升角，單位為度，θa，0是通過實驗測量出的凸(凹)體材料上液體的實際前進接觸角，單位為度。
如果Λ＞ΛL，液體會懸浮在凸(凹)體24的頂部，形成超憎液表面。反之，如果Λ＜ΛL，液體會塌陷於凸(凹)體上，且表面的接觸界面只有液-固界面，不具有超憎液特性。
應該知道，將上述等式分子替換成一適當值，可以確定臨界接觸線密度值，設計出在任何所需壓力值下保持超憎液特性的表面。該等式概括為 其中，P是使表面必須顯示超憎液特性的最大壓力(千克/平方米)，γ是液體的表面張力(牛頓/米)，θa，0是通過實驗測量出的凸(凹)體材料上液體的實際前進接觸角(度)，ω是凸(凹)體上升角(度)。
通常可預見到，根據上述關係形成的表面20在最高達到並包括上述等式(9)中P值的任何液壓下會顯示出超憎液特性。無論表面是否浸沒在液體中，受液體噴射或噴灑，或受到個別液滴的衝撞，都會表現出超憎液特性。顯然可以選擇壓力值大於膜100、110可能會受到的最大液壓。通常知道，對P值的選擇應該能提供合適的安全因素，以應對可能瞬間或局部高於預期的壓力、因表面容忍度差異導致的不連續和其他類似的因素。
一旦確定了接觸線密度的臨界值，根據接觸線密度(Λ)等式中x和y之間的關係就可以確定凸(凹)體幾何形狀的其他值。換言之，可以通過選擇接觸線等式中的x或y值，推導出其他變量，從而確定表面的幾何形狀。
如圖6所示，相鄰凸(凹)體之間的液體界面向下凹陷一距離D1。如果距離D1大於凸(凹)體24的高度(z)，液體會與凸(凹)體24之間的基底22發生點接觸。如果這種情況發生，液體會進入空間34，並塌陷於凸(凹)體上，導致表面的超憎液特性被破壞。D1值代表臨界凸(凹)體高度(Zc)，可根據以下公式確定
其中，d是相鄰凸(凹)體之間的距離，ω是凸(凹)體上升角，θa，0是通過實驗測量出的凸(凹)體材料上液體的實際前進接觸角。凸(凹)體24的高度(z)必須至少等於，最好大於臨界凸(凹)體高度(Zc)。
雖然圖1-3中凸(凹)體上升角ω是90度，但其他的凸(凹)體幾何形狀也是可能的。例如，ω可以是如圖9所示的銳角或如圖10所示的鈍角。一般來說，ω最好介於80度和130度之間。
還應該知道，各種不同的凸(凹)體形狀和排列方式都可能包含在本發明的範圍內。例如，凸(凹)體可以是如圖11-12所示的多面體、圓柱體，橢圓柱或其他任何合適的三維形狀。另外，可以利用各種辦法使凸(凹)體的接觸線密度達到最大。凸(凹)體24可以形成為具有如圖14和15所示的底部38和頂部40，頂緣30上頂部40的較大周長增加了表面的接觸線密度。另外，可以在如圖16所示的凸(凹)體24上形成諸如凹口42的特徵，以增加頂緣30上的周長，進而增加接觸線密度。凸(凹)體還可以是在基底上形成的凹穴。
凸(凹)體可以排列成如上所述的矩形陣列、諸如圖4-5所示六邊形陣列的多邊形陣列，或者環形或卵形排列方式。只要維持在臨界接觸線密度，凸(凹)體也可以隨機分布，儘管這種隨機排列可能使超憎液特性小於預計特性且不是最佳方式。在凸(凹)體的這種隨機排列中，臨界接觸線密度和其他相關參數可以視為是表面的平均值。在圖13的表中，列出了適用各種其他凸(凹)體形狀和排列方式的接觸線密度的計算公式。
通常，膜體102使用的材料可以是適合形成微米或納米尺度的凸(凹)體並且適於在使用膜的工藝環境中使用的任何材料。本發明所適用的微孔膜結構的具體說明公開於第3,801,404、4,138,459、4,405,688、4,664,681、5,013,439和6,540,953號美國專利，這些專利內容均被引用於此。
可以通過光刻或任何一種合適的方法直接在膜體102本身或者在位於膜上的一層或多層其他材料上形成凸(凹)體。公開號為WO02/084340的PCT專利申請公布了一種適於形成微米/納米尺度的凸(凹)體的光刻法，其內容這裡也全部引用於此。
適於形成所需形狀和排列的其他方法包括公開號為2002/00334879的美國專利申請公開的納米加工工藝、第5,725,788號美國專利公開的微衝壓工藝、第5,900,160號美國專利公開的微接觸印刷工藝、第5,609,907號美國專利公開的自組裝金屬膠體單分子膜法、第6,444,254號美國專利公開的微衝壓工藝、第5,252,835號美國專利公開的原子力微複製納米加工工藝、第6,403,388號美國專利公開的納米加工工藝、第6,530,554號美國專利公開的溶膠-凝膠模製法、第6,518,168號美國專利公開的表面自組裝單分子膜定向圖案化工藝、第6,541,389號美國專利公開的化學蝕刻法，或者公開號為2003/0047822的美國專利申請公開的溶膠-凝膠衝壓法，上述所有內容均被引用於此。還可以使用納米碳管結構形成所需的凸(凹)體幾何形狀。公開號為2002/0098135和2002/0136683的美國專利申請公開了碳納米管結構的實例，這些也被引用於此。另外，使用已知的膠體墨水印刷法也可以形成適合的凸(凹)體結構。當然，應該知道，其他任何可形成具有所需精密度的微米/納米凸(凹)體的方法都可以使用。與本發明的超憎液表面總體相關的更多的詳細內容可參見第10/454,740、10/454,742、10/454,743、10/454,745、10/652,586和10/662,979號美國專利申請，這些均為本發明的申請人的申請，且都引用於此。
回到圖1A，膜100、110的工作原理便可以得到理解。具有表面必須表現出超憎液特性的最大壓力(P)或小於該壓力的液體109，和液體接觸表面108接觸，並在確定液-氣界面128的凸(凹)體24的頂緣30上部及其之間懸浮於超憎液表面20。液-氣界面128的面積等於超憎液表面20的面積減去所有凸(凹)體24的總剖面積。氣體107從膜100的氣體接觸表面106一側通入，如箭頭所示，穿過微孔104進入基底22和懸浮液體109之間的空間內，和液-氣分界表面128的液體109相遇。應該知道，膜100、110的液-氣界面的總面積等於液-氣界面128的面積加上微孔104的面積。
和已有技術的微孔膜相比，因為可利用的液-氣界面面積增加，膜100、110的氣體透過率和功效被極大改進。而且超憎液表面較不容易發生因液體不純或生物膜生長導致的堵塞或變髒。
在不脫離本發明的精神和實質特徵的前提下，可以用其他特定形式實施本發明，因此，無論從哪方面看，本發明的實施例都應認為是說明性而非限制性的。
權利要求書(按照條約第19條的修改)1.一種微孔膜，其特徵是包括膜體部分，其中具有大量微孔，每個微孔具有一橫截面積尺寸，該膜體部分具有液體接觸表面和相對的氣體接觸表面，上述液體接觸表面具有超憎液表面，包括具有大量形狀實質上相同的凸(凹)體的基底，每個凸(凹)體具有相對基底的相同凸(凹)體上升角，該凸(凹)體的位置使超憎液表面的以接觸線米數/每平方米表面積計量的接觸線密度等於或大於按以下公式確定的接觸線密度值「ΛL」， 其中，γ是和上述表面接觸的液體的表面張力，單位為牛頓/米，θa，0是通過實驗測量出的凸(凹)體材料上液體的實際前進接觸角，單位為度，ω是凸(凹)體上升角，單位為度，P是設定液壓值，單位為千克/米，當液壓最高達到且包括設定壓力值的液體和超憎液表面接觸時，液體確定一個具有一面積且與基底分隔開的液-氣界面，其中液-氣界面的面積大於微孔的橫截面積尺寸總和。
2.根據權利要求1所述的膜，其特徵是該膜為薄膜。
3.根據權利要求1所述的膜，其特徵是該膜為纖維。
4.根據權利要求1所述的膜，其特徵是上述凸(凹)體是凸出體。
5.根據權利要求4所述的膜，其特徵是上述凸(凹)體是多面體形狀。
6.根據權利要求4所述的膜，其特徵是每一凸(凹)體具有一般為正方形的橫截面。
7.根據權利要求4所述的膜，其特徵是上述凸(凹)體是圓柱形或橢圓柱形。
8.根據權利要求1所述的膜，其特徵是上述凸(凹)體排列成實質上統一的陣列。
9.根據權利要求8所述的膜，其特徵是上述凸(凹)體排列成矩形陣列。
10.根據權利要求1所述的膜，其特徵是上述凸(凹)體具有相對基底部分的實質上統一的高度，並且該凸(凹)體高度大於按以下公式確定的臨界凸(凹)體高度「Zc」 其中d是相鄰凸(凹)體間的距離，單位為米，θa，0是通過實驗測量出的凸(凹)體材料上液體的實際前進接觸角，單位為度，ω是凸(凹)體上升角，單位為度。
11.一種製造具有超憎液液體接觸表面的微孔膜的方法，其特徵是該方法包括提供具有膜體部分的微孔膜，該膜體部分內部具有大量微孔，每個微孔具有一橫截面積尺寸，該膜體部分具有第一表面；以及在上述第一表面上形成超憎液液體接觸表面，該超憎液表面包括具有大量形狀實質上相同的凸(凹)體的基底，每個凸(凹)體具有相對基底的相同凸(凹)體上升角，這些凸(凹)體排列成使上述超憎液表面的以接觸線米數/每平方米表面積計量的接觸線密度等於或大於按以下公式確定的接觸線密度值「ΛL」 其中γ是和上述表面接觸的液體的表面張力，單位為牛頓/米，θa，0是通過實驗測量出的凸(凹)體材料上液體的實際前進接觸角，單位為度，ω是凸(凹)體上升角，單位為度，P是設定液壓值，單位為千克/米，當液壓最高達到且包括設定壓力值的液體和超憎液表面接觸時，液體確定一個具有一面積且與基底分隔開的液-氣界面，其中液-氣界面的面積大於微孔的橫截面積尺寸總和。
12.根據權利要求11所述的方法，其特徵是上述凸(凹)體按選自
權利要求
1.一種微孔膜，其特徵是包括膜體部分，其中具有大量微孔，該膜體部分具有液體接觸表面和相對的氣體接觸表面，上述液體接觸表面具有超憎液表面，包括具有大量形狀實質上相同的凸(凹)體的基底，每個凸(凹)體具有相對基底的相同凸(凹)體上升角，該凸(凹)體的位置使超憎液表面的以接觸線米數/每平方米表面積計量的接觸線密度等於或大於按以下公式確定的接觸線密度值「ΛL」， 其中，γ是和上述表面接觸的液體的表面張力，單位為牛頓/米，θa，0是通過實驗測量出的凸(凹)體材料上液體的實際前進接觸角，單位為度，ω是凸(凹)體上升角，單位為度，P是設定液壓值，單位為千克/米，當液壓最高達到且包括設定壓力值的液體和超憎液表面接觸時，液體確定一個與基底分隔開的液-氣界面。
2.根據權利要求1所述的膜，其特徵是該膜為薄膜。
3.根據權利要求1所述的膜，其特徵是該膜為纖維。
4.根據權利要求1所述的膜，其特徵是上述凸(凹)體是凸出體。
5.根據權利要求4所述的膜，其特徵是上述凸(凹)體是多面體形狀。
6.根據權利要求4所述的膜，其特徵是每一凸(凹)體具有一般為正方形的橫截面。
7.根據權利要求4所述的膜，其特徵是上述凸(凹)體是圓柱形或橢圓柱形。
8.根據權利要求1所述的膜，其特徵是上述凸(凹)體排列成實質上統一的陣列。
9.根據權利要求8所述的膜，其特徵是上述凸(凹)體排列成矩形陣列。
10.根據權利要求1所述的膜，其特徵是上述凸(凹)體具有相對基底部分的實質上統一的高度，並且該凸(凹)體高度大於按以下公式確定的臨界凸(凹)體高度「Zc」 其中d是相鄰凸(凹)體間的距離，單位為米，θa，0是通過實驗測量出的凸(凹)體材料上液體的實際前進接觸角，單位為度，ω是凸(凹)體上升角，單位為度。
11.一種製造具有超憎液液體接觸表面的微孔膜的方法，其特徵是該方法包括提供具有膜體部分的微孔膜，該膜體部分內部具有大量微孔，並且該膜體部分具有第一表面；以及在上述第一表面上形成超憎液液體接觸表面，該超憎液表面包括具有大量形狀實質上相同的凸(凹)體的基底，每個凸(凹)體具有相對基底的相同凸(凹)體上升角，這些凸(凹)體排列成使上述超憎液表面的以接觸線米數/每平方米表面積計量的接觸線密度等於或大於按以下公式確定的接觸線密度值「ΛL」 其中γ是和上述表面接觸的液體的表面張力，單位為牛頓/米，θa，0是通過實驗測量出的凸(凹)體材料上液體的實際前進接觸角，單位為度，ω是凸(凹)體上升角，單位為度，P是設定液壓值，單位為千克/米，當液壓最高達到且包括設定壓力值的液體和超憎液表面接觸時，液體確定一個與基底分隔開的液-氣界面。
12.根據權利要求11所述的方法，其特徵是上述凸(凹)體按選自下組方法中的一種方法形成，該組方法包括納米加工工藝、微衝壓工藝、微接觸印刷工藝、自組裝金屬膠體單分子膜工藝、原子力微複製納米加工工藝、溶膠-凝膠模製法、自組裝單分子膜定向圖案化工藝、化學蝕刻法、溶膠-凝膠衝壓法、膠體墨水印刷法以及在基底上排列一層平行的納米碳管的方法。
13.根據權利要求11所述的方法，其特徵是上述方法還包括確定最小接觸線密度的步驟。
14.一種製造具有液體接觸表面的微孔膜的方法，當液壓最高達到設定壓力值時該液體接觸表面具有超憎液特性，其特徵是該方法包括選擇凸(凹)體上升角；按照以下公式確定臨界接觸線密度「ΛL」 其中，P是設定壓力值，γ是液體的表面張力，θa，0是通過實驗測量出的凸(凹)體材料上液體的實際前進接觸角，單位為度，ω是凸(凹)體上升角，提供其中具有大量微孔的膜體部分；以及在膜體部分上形成超憎液表面，該超憎液表面包括具有大量凸起的凸(凹)體的基底，該凸(凹)體排列成使表面的實際接觸線密度等於或大於臨界接觸線密度。
15.根據權利要求14所述的方法，其特徵是上述凸(凹)體使用以下納米工藝、微衝壓工藝、微接觸印刷、自組裝金屬膠體單分子膜工藝、原子力微複製納米工藝、溶膠-凝膠模製法、自組裝單分子膜定向圖案化工藝、化學蝕刻法、溶膠-凝膠衝壓法、膠體墨水印刷法，或者在基底上排列一層平行納米碳管的方法形成。
16.根據權利要求14所述的方法，其特徵是還包括選擇凸(凹)體幾何形狀的步驟。
17.根據權利要求14所述的方法，其特徵是還包括選擇凸(凹)體陣列形式的步驟。
18.根據權利要求14所述的方法，其特徵是還包括選擇至少一種凸(凹)體尺寸和利用接觸線密度等式確定至少一種其他凸(凹)體尺寸的步驟。
19.根據權利要求18所述的方法，其特徵是還包括確定最小接觸線密度的步驟。
20.根據權利要求14所述的方法，其特徵是還包括按照以下公式確定以米計量的臨界凸(凹)體高度值「Zc」 其中，d是相鄰凸(凹)體間的距離，單位為米，θa，0是表面上液體的實際前進接觸角，單位為度，ω是凸(凹)體上升角，單位為度。
全文摘要
一種具有超憎液液體接觸表面的微孔氣體滲透膜。本發明中，在該膜的液體接觸表面上設有超憎液表面。在本發明的一實施例中，超憎液表面包括大量在基底上形成的間隔很近的微米尺度/納米尺度的凸(凹)體。當設定壓力值或其以下的液體和膜的超憎液液體接觸表面接觸時，液體「懸浮」在凸(凹)體的頂部，確定了液/氣界面。液/氣界面的面積包括超憎液表面的面積和全部微孔的總面積，和已有技術中液/氣界面的面積僅取決於微孔面積的微孔膜相比，膜的氣體透過率和功效得到改進。
文檔編號B01L3/00GK1805833SQ200480016623
公開日2006年7月19日 申請日期2004年4月15日 優先權日2003年4月15日
發明者查爾斯·W·艾克斯川德 申請人:安堤格裡斯公司