CN105612350B - 电渗泵和具有该电渗泵的流体泵送系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电渗泵。该电渗泵包括：允许流体移动的膜；设置在膜的相反的两侧并且由多孔材料制成或具有多孔结构以使流体能移动的第一电极和第二电极，其中第一电极和第二电极包含导电性聚合物，在该导电性聚合物混合有阴离子聚合物或仅由多孔碳构成，并且其中由于阳离子的移动或多孔碳本身的电化学反应而在所述第一电极和第二电极发生电化学反应。

Description

电渗泵和具有该电渗泵的流体泵送系统
技术领域
本发明描述的各种实施方式总体涉及采用改进的电极的电渗泵，以及使用该电渗泵的流体泵送系统。
背景技术
电渗泵是利用电渗造成流体移动的泵，该电渗在电压被施加到设置在毛细管或多孔膜的相反的两端的电极时就会发生。
通常，具有较高的稳定性的铂已被广泛地用作所述电极的材料。最近，为了稳定地驱动电渗泵且没有伴随气体产生，银(Ag)、氧化银(AgO)、MnO(OH)、聚苯胺(PANI)等被用作电极的材料。
在用作电极的材料中，导电性聚合物(如聚苯胺)一般是通过聚合反应合成的，由此单体被电化学氧化或化学氧化。由于在聚合反应过程中聚合物链内正电荷的量持续增加，因此需要将带负电荷的离子添加到聚合物链以使聚合反应能持续进行。
在合成导电性聚合物的最普遍的方法中，单体(如苯胺、吡咯或噻吩)通过使用氧化剂在硝酸(HNO3)或盐酸(HCl)溶液中被电化学氧化或化学氧化。导电性聚合物的合成随着存在于溶液中的阴离子(负离子)(例如，NO3 -、Cl-、或类似物)持续加入聚合物链中而进行。即，由于所生成的聚合物链本身是带正电的，因此，随着阴离子持续加入到聚合物链中而合成导电性聚合物，从而建立电荷平衡。
在这点上，日本专利特开公布No.2001-240730(名称为“导电聚噻吩”)公开了一种聚噻吩，其掺杂有分子阴离子，如双(全氟烷烃磺酰基)酰亚胺。
如果对含有如上所述制备的导电性聚合物的(+)电极和(-)电极中的每一个施加电压，则在整个聚合物基质中都会发生氧化还原反应，从而会打破电荷平衡。因此，为了再次平衡电荷，具有高迁移率的离子移动到导电性聚合物中。举例而言，如果聚苯胺(PANI)在硝酸(HNO3)溶液中合成，就会产生含有分子阴离子NO3 -的聚合物。如果翠绿亚胺盐形式的聚苯胺(PANI)(参照下述反应式1)含有这种小分子阴离子，则在聚合物链中的正(+)电荷就会消失。因此，为了建立电荷平衡，阴离子NO3 -一加入到聚合物链(在下面反应式1中为A-)中就会从该聚合物链出来。结果，聚苯胺(PANI)被转换成完全还原态聚苯胺碱(aleucoemeraldine base)的形式并成为中性聚合物链。
[反应式1]
如上所述，在氧化还原反应中，聚合物链中产生的用于在所述电极中的任一个包含的导电性聚合物的电荷平衡的阴离子移动以建立另一电极的导电性聚合物的电荷平衡。如果这样的离子移动速度慢，则电极的氧化还原反应就可能不能顺利发生。
当电极反应在几乎不含有电解质的溶液中发生，移入一个电极的导电性聚合物中的小阴离子(NO3 -、Cl-或类似离子)就很难在移出该电极的导电性聚合物后混合到另一个电极的导电性聚合物中。由于电渗泵主要在含有低浓度电解质的溶液中工作，所以如果使用含有具有高迁移率的阴离子的材料作为电极，那么就很难指望电极反应持续进行。结果是，电渗泵的性能会急剧下降。
此外，一般来说，二氧化硅、玻璃、或类似物被用作包含在电渗泵中的多孔膜的材料。在水溶液中由这些材料制成的多孔膜的表面带负电荷。这里，在电极的上述氧化还原反应过程中，从导电性聚合物出来的阴离子会穿过多孔膜而在电极之间移动。然而，由于多孔膜的表面带负电，所以在阴离子和多孔膜之间就会产生排斥力，使得阴离子难以流动穿过多孔膜。因此，电极的氧化还原反应不会顺利发生，从而导致电渗泵性能的退化。
同时，作为电极的基本结构之一，存在一种已知结构，其中如上所述的电极材料(例如，银(Ag)、氧化银(AgO)、MnO(OH)、聚苯胺等)被电沉积在碳纸上。通常，通过使用这种结构，经由电沉积在电极上的材料发生的氧化还原反应使流体移动，从而产生泵送力。
在这方面，国际专利公开公布No.WO2011-112723(名称为“ELECTRO-OSMOTICPUMPS,SYSTEMS,METHODS,AND COMPOSITIONS”)描述了包括电极的电渗泵，在这些电极上分别电沉积了银(Ag)和氧化银(AgO)。
然而，在使用传统电极的情况下，由于需要将其它材料电沉积在碳纸上的工艺，因此制备电渗泵的整个工艺已被复杂化了。
发明内容
本发明所要解决的问题
本发明的示例性实施方式提供了包括电极的电渗泵，在该电极中，电化学反应顺利地发生，该电渗泵的制造工艺并不复杂，并且还提供了使用该电渗泵的流体泵送系统。
然而，通过本发明要解决的问题不限于上述的说明，并且本领域的技术人员可以通过以下描述清楚地理解其它问题。
解决问题所采取的方案
根据本发明的示例性实施方式，提供了一种电渗泵。该电渗泵可包括：让流体能移动穿过的膜；分别设置在膜的相反的两侧的第一电极和第二电极，每一个电极都是由多孔材料制成或具有多孔结构，以使流体能移动穿过。这里，第一电极和第二电极中的每个可以包含导电性聚合物，在该导电性聚合物中包含阴离子性聚合物，并且当阳离子按一定方向移动时，所述第一电极和第二电极可发生电化学反应，由此建立起电荷平衡。
根据这里公开的另一示例性实施方式，提供了一种流体泵送系统。该系统可以包括：根据本发明的示例性实施方式所述的电渗泵，和设置在电渗泵的至少一个端部并且被配置成将所述流体与传送目标流体隔开的分离构件。
根据本发明的又一示例性实施方式，提供了一种电渗泵。该电渗泵可包括：让流体能移动穿过的膜；在膜的相反的两侧分别设置的第一电极和第二电极，第一电极和第二电极中的每一个都是由多孔材料制成的或具有多孔结构，以使得流体能移动穿过。这里，第一电极和第二电极中的每一个可仅由多孔碳制成，并且所述第一电极和第二电极的电化学反应可以通过多孔碳本身的电化学反应发生。
根据本发明的又一示例性实施方式，提供了一种流体泵送系统。该系统可以包括：根据本发明的又一示例性实施方式所述的电渗泵；和设置在电渗泵中至少一个端部并且被配置成将流体与传送目标流体隔开的分离构件。
发明效果
根据示例性实施方式，其中混合有阴离子性聚合物的导电性聚合物用作第一电极的材料和所述第二电极的材料，并且在第一和第二电极的电化学反应期间，阳离子(正离子)移动。相应地，这些电极的电化学反应的速度可以提高，从而使得电渗泵的性能得以改善。
此外，根据示例性实施方式，第一电极和第二电极仅由多孔碳制成，并且通过多孔碳本身的电化学反应产生泵送力。因此，在这些电极上电沉积另一种材料的工艺是没必要的，并且，因此，可以简单地生产电渗泵。
附图说明
图1是根据第一示例性实施方式的电渗泵的结构图。
图2是用于描述根据第一示例性实施方式的电渗泵运行的简图。
图3A是用于描述根据第一示例性实施方式的电渗泵的可逆电极反应的简图。
图3B是用于描述根据第一示例性实施方式的电渗泵的可逆电极反应的简图。
图4是根据第一示例性实施方式的电渗泵的分解透视图。
图5是根据第一示例性实施方式的电渗泵的横截面图。
图6是根据第一示例性实施方式的流体泵送系统的结构图。
图7A是表示电渗泵在使用含有PANI-NO3 -的电极的相应情况下和使用包含PANI-PSS-的电极的电渗泵的电流变化的比较曲线图。
图7B是显示电渗泵在分别使用含有PANI-NO3 -的电极和PANI-PSS-的电极时的流率的比较曲线图。
图8A是对应于使用含有PANI-NO3 -的电极的电渗泵的可逆反应的电流响应曲线图。
图8B是对应于使用含有PANI-PSS-的电极的电渗泵的可逆反应的电流响应曲线图。
图9是显示包括使用含有PANI-PSS-的电极的电渗泵的流体泵送系统的寿命的曲线图。
图10是对应于使用含有PANI-SO4 2-的电极的电渗泵的可逆反应的电流响应曲线图。
图11是对应于使用含有PEDOT-PSS-的电极的电渗泵的可逆反应的电流响应曲线图。
图12A是对应于使用含有PANI-PSS-CNT电极的电渗泵的可逆反应的电流响应曲线图。
图12B是显示使用PANI-PSS-CNT电极的电渗泵的流率的曲线图。
图13是根据第二示例性实施方式的电渗泵的结构图。
图14是用于描述根据第二示例性实施方式所述的电渗泵的操作的简图。
图15A是用于描述根据第二示例性实施方式所述的电渗泵的可逆电极反应的简图。
图15B是用于描述根据第二示例性实施方式所述的电渗泵的可逆电极反应的简图。
图16是根据第二示例性实施方式所述的电渗泵的分解透视图。
图17是根据第二示例性实施方式所述的电渗泵的横截面图。
图18是根据第二示例性实施方式所述的流体泵送系统的结构图。
图19是使用碳纸作为电极而对碳纸不执行额外的处理的电渗泵的电流响应曲线图。
图20是使用经等离子体处理的碳纸作为电极的电渗泵的电流响应曲线图。
图21A是使用碳纸作为电极的电渗泵的电流响应曲线图，其中在硫酸和硝酸(按1：1的比例)的溶液中处理该碳纸。
图21B是使用碳纸作为电极的电渗泵的流率的曲线图，其中在硫酸和硝酸(按1：1的比例)的溶液中处理该碳纸。
具体实施方式
下文中，将对示例性的实施方式进行详细描述，使得本领域技术人员能容易地实施发明构思。然而，应当注意本公开不限于这些示例性实施方式和实施例，而是可以多种其它方式实现。在附图中，省略了与说明不直接相关的部件以提高附图的清晰度，并且在整个文档中相同的附图标记表示相同的部件。
在本公开的整个文档中，用于指示一个元件相对于另一个元件的位置的术语“在……上”包括一个元件邻近另一个元件的情况和任何其它元件存在于这两个元件之间的情况两者。
在本公开的整个文档中，用于本文档中的术语“包含或包括”和/或“含有或包含有”是指除非上下文另外指示，否则除了所述的组件、步骤、操作和/或元件之外，不排除一个或多个其它的组件、步骤、操作和/或现有或添加的元件。此外，在整个文档中，术语“约或大约”或“基本上”意指具有接近数值或由可允许的误差规定的范围的含义并且意在防止为理解本公开而公开的精确的或绝对的数值被任何不合理的第三方非法地或不公平地使用。在整个文档中，术语“……的步骤”不是指“用于……的步骤”。
在本公开的整个文档中，马库什(Markush)型说明中所包含的术语“……的组合”是指选自由以马库什型描述的组件、步骤、操作和/或元件组成的群组中的一个或多个组件、步骤、操作和/或元件的混合或组合，从而意指本公开包括选自马库什组中的一个或多个组件、步骤、操作和/或元件。
下文中，本公开的示例性实施方式将参考形成本说明书的一部分的附图详细地描述。
[包括导电性聚合物电极与流体泵送系统的电渗泵]
首先，将讨论根据第一示例性实施方式的电渗泵10。
图1是根据第一示例性实施方式的电渗泵10的结构图。
该电渗泵10包括：膜11；和分别设置在膜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。
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以允许流体移动穿过。
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中的每一个含有导电性聚合物，该导电性聚合物混合有阴离子性聚合物。第一电极13和第二电极15被以规则的间隔彼此保持隔开，其中膜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，以允许流体流过。
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，使得电化学反应可以发生。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。
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。这里，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。
因此，在电渗泵10中，通过流体的运动，可以产生泵送力，并且，同时，反复地执行第一电极13和第二电极15的消耗和再生。
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)，该装置被配置成以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。
通过上述结构，能够连续地以预定的时间间隔交替地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。
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11以及第一电极13和第二电极15在该相反的两侧(空间)之间。
这里，流体路径19可以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，但不受限于此。
此外，该流体也可以填充在膜11与第一电极13和第二电极15以及流体路径19内。
此外，流体路径19可具有用于传递泵送力的开口。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，以由此传递由流体向外部移动所产生的泵送力。例如，在流体路径19形成的开口可被连接到图6所示的流体泵送系统1000的泵送管线70，从而可使泵送力传输到外部。
图2是用于描述根据第一示例性实施方式的电渗泵的操作的简图，并且图3是用于描述根据第一示例性实施方式的电渗泵的可逆电极响应的简图。
参照图2和图3，将对根据第一示例性实施方式的电渗泵10的操作进行说明。
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。
由于在第一电极13和第二电极15之间的电压差，导致在第一电极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，电荷平衡得以实现。
这里，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，从而使流体也可以移动。
膜11不仅允许流体而且允许离子移动穿过它。如果电源单元17连接到电极13和15，那么流体和离子可以从膜11的一侧移动到另一侧，反之亦然。当流体和离子以这种方式移动通过膜11时，就产生泵送力。
举例而言，膜11可通过使用呈具有约0.1μm至约5μm的粒径范围的颗粒形式的二氧化硅、玻璃或类似物形成，但不受限于此。
此外，例如，膜11可以是圆盘状膜或MEA(膜电极组件)。除了这些提到的实施例，膜11还可以由各种多孔材料形成或者可以具有各种多孔结构。
第一电极13和第二电极15中的每一个含有其中混合有阴离子性聚合物的导电性聚合物。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。这里，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。
例如，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以是一价阳离子，但不受限于此。
举非限制性实施例而言，所述阳离子可以包括氢离子(H+)，但不受限于此。
属于质子的H+的离子迁移率较其他阳离子的迁移率高得多。如上所述，电渗泵10伴随离子的运动和流体的运动。因此，在氢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，从而使得电渗泵10的性能可进一步改善。
举非限制性实施例而言，电渗泵10可以使用水溶液作为流体。通过使用水溶液作为流体，氢离子可以在电极反应过程中移动。
根据本公开的第一示例性实施方式的电渗泵10在几乎不含电解质的溶液中可以表现出较高的泵送性能。此时，属于由水的离解产生的阳离子的氢离子可以移动以建立电荷平衡。
此外，根据所涉及的流体，所述阳离子可包括各种离子，如Na+和K+。
导电性聚合物电沉积在第一电极13和第二电极15上。
通常，为了合成导电性聚合物，已最广泛地采用了在硝酸(HNO3)或盐酸(HCl)的溶液中电化学氧化或化学氧化诸如苯胺、吡咯或噻吩等单体的方法。此导电性聚合物的合成工艺随着存在于该溶液中的阴离子(负离子)(例如，NO3-、Cl-、或类似物)连续地加入到聚合物链进行以建立电荷平衡。
如果电压被施加到含有按如上所述合成的导电性聚合物的各电极，那么通过在以下反应式(2)中的2A-所表示的分子阳离子(例如，NO3-、Cl-、或类似物)移动，从而实现电荷平衡。
[反应式2]
同时，二氧化硅、玻璃或类似物通常用作包含在电渗泵中的多孔膜的材料。由这种材料制成的多孔膜的表面在该水溶液带负电荷。
已经从导电性聚合物出来的用于电荷平衡的阴离子(A-)被设置成穿过多孔膜。然而，由于多孔膜的表面带负电，因此，在阴离子和多孔膜之间被施加排斥力，从而使阴离子不能顺畅地穿过多孔膜。其结果是，在含有传统的导电性聚合物的电极中，氧化还原反应不能迅速发生，并且因此，流体不能迅速地移动。
同时，根据示例性实施方式的电渗泵10包括含有大尺寸阴离子的导电性聚合物(即，阴离子性聚合物)。因此，由于阴离子性聚合物是固定的，并且在电极13和15的氧化还原反应过程中不能移动，所以使存在于溶液中的阳离子移动，从而建立电荷平衡。
例如，当阳离子性聚合物-阴离子性聚合物表示为-[P+]n-[S-]n-时，电极13和15的氧化还原反应由下面的反应式3和反应式4表示。
[反应式3]
(+)电极；-[P+]n-[S-C+]n-→-[P+]n-[S-]n-+nC++ne-
[反应式4]
(-)电极；-[P+]n-[S-]n-+nC++ne-→-[P+]n-[S-C+]n-
如从上面可以看出的，在(-)电极的还原反应过程中，如果导电性聚合物基质变成中性的(P+→P)，则存在于溶液中的阳离子(C+)被混合进来，从而建立固定的阴离子性聚合物(S-)的电荷平衡。
也就是说，参考图2、反应式3和反应式4，阴离子性聚合物(S-)不移动，而溶液中的阳离子(C+)在电极13和15的氧化还原反应过程中移动。由于吸引力施加在阳离子和带负电荷的膜11之间，因此阳离子可以容易穿过膜11。因此，氧化还原反应可以以高速进行。
也就是，在根据第一示例性实施方式所述的电渗泵10中，含大尺寸聚合物形式的阴离子(不是小的移动的阴离子)的导电性聚合物被电沉积在电极13和15上。因此，在电极13和15的氧化还原反应过程中，在溶液中的小阳离子移动，而不是大尺寸聚合物形式的阴离子移动。因为这些阴离子可容易地穿过带负电荷的膜11，电极13和15的电化学反应的速度可以得到提高。因此，流体可以顺畅地移动，从而有效的且稳定的电渗泵10可以获得。
本发明的导电性聚合物可以在含有阴离子性聚合物的溶液中通过单体的聚合来制备。
例如，如果单体在含有阴离子性聚合物的溶液中被氧化，那么存在于溶液中的阴离子性聚合物就混合进来，并且聚合反应进行。因此，可以生产由阴离子性聚合物-阳离子性聚合物组成的聚合物复合物。
例如，导电性聚合物可以通过电化学氧化反应或使用氧化剂的化学氧化反应合成。
举非限制性实施例而言，导电性聚合物可包括选自由聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚硫堇(polythionine)、醌聚合物、它们的衍生物、以及它们的组合组成的组中的一者，但不受限于此。
除了上述实施例，导电性聚合物可以通过各种具有高电导率的聚合物中的任何一种实施。
举非限制性实施例而言，所述阴离子性聚合物可包括选自由聚苯乙烯磺酸盐、SPEEK(磺化聚醚醚酮)、聚丙烯酸盐、聚乙烯磷酸盐、多金属氧酸盐(polyoxometalate)、全氟化离子交换树脂(nafion)、它们的衍生物，以及它们的组合构成的组中的一者，但不受限于此。
在此，高氟化(离子交换)树脂是指通过将硫酸基团引入聚(四氟乙烯)的架构制备的聚合物。
此外，该阴离子性聚合物可以通过各种带负电荷的聚合物中的任何一种实施。例如，所述阴离子性聚合物可包括利用中性聚合物(如聚乙二醇或聚丙烯酰胺)合成的复合物，但不受限于此。
此外，例如，电极13和15可以另外包括碳纳米结构。
例如而非限制，所述碳纳米结构可包括碳纳米管(CNT)、石墨烯、碳纳米颗粒、富勒烯、石墨等等。
在电极上面的导电性聚合物的复合物含有碳基纳米结构中的碳纳米管的情况下，氧化还原反应可以较高的速度较稳定地发生。其详细说明将在实施例3的下述描述中提供。
图3A和图3B是用于描述根据第一示例性实施方式所述的电渗泵的可逆电极反应的简图。
第一电极13和第二电极15中的任意一个通过电化学反应产生阳离子，而另一个消耗阳离子。即，包含在第一电极13和第二电极15中的每个中的导电性聚合物能够引起可逆电化学反应。因此，无论是正向反应还是逆向反应都可以在第一电极13和第二电极15中的每一个发生。
例如，参考图3A，第一电极13产生阳离子，而第二电极15消耗阳离子。与此相反，参考图3B，第二电极15产生阳离子，而第一电极13消耗阳离子。
这种电渗泵10的可逆电极反应可通过供给电压到所述第一电极13和第二电极15同时交替地反转每个电压的极性而触发。以这种方式，通过允许电化学反应在正向方向和反向方向上反复发生，泵送力通过流体的反复的往复运动连续地产生。
由于第一电极13和第二电极15能够引起可逆电化学反应，因此如果施加到第一电极13和第二电极15中的每一个的电压的极性反转，并且因此如果在第一电极13和第二电极15中发生的反应反转，那么流体的流动可以被改变到反向方向。
详而言之，如图3A中所示，(+)电压被施加到第一电极13，而(-)电压被施加到第二电极15。此时，流体(在图3A和图3B通过H2O表示)可从作为(+)电极的第一电极13移动到作为(-)电极的第二电极15。此外，如图3B所示，如果施加到第一电极13和第二电极15的电压的极性被反转，即，如果(+)电压被施加到第二电极15，而(-)电压被施加到第一电极13，则流体可以从作为(+)电极的第二电极15移动到作为(-)电极的第一电极13。
如上所述，通过使用能够制造可逆电极反应的作为第一电极13和第二电极15的电极材料，并通过施加电压到第一电极13和第二电极15同时交替地反转每个电压的极性，流体的流动可以被改变。因此，由于电极反应沿反向方向发生，所以当流体沿正向方向流动时，正向反应消耗的电极活性材料的状态可以返回成原来的状态。
也就是说，如果量与用于沿正向方向移动流体的电荷量一样多的电压或电流被沿反向方向施加到第一电极13和第二电极15中的每一个，那么与沿正向方向移动的流体的量相同的量的流体可以沿反向方向移动。因此，第一电极13和第二电极15的状态可以返回到初始状态。
也就是，由于第一电极13和第二电极15中的每一个再生的量可以与它们被消耗的量一样多，因此在连续使用第一电极13和第二电极15时能够防止它们被消耗掉。作为结果，电渗泵10的寿命延长，并且通过使用电渗泵10连续地移动传送目标流体是可能的。
图4是根据第一示例性实施方式所述的电渗泵的分解透视图，而图5是图4中所示的电渗泵的横截面图。
参考图4和图5，膜11可具有圆板形状。这里，涂覆材料、屏蔽片、粘合片或类似物可以附着到膜11的外周表面以防止流体流出。
另外，第一电极13和第二电极15中的每一个可以具有与膜11的形状一致的圆板形状，并且涂覆材料、屏蔽片、粘合片、或类似物也可以附着到所述第一电极13和第二电极15中的每个的外周表面，以防止流体流出。
流体路径19包括连接到第一电极13的第一中空盖191。另外，流体路径19也可以包括连接到第二电极15的第二中空盖193。
第一中空盖191(第二中空盖193)的位于第一电极13(第二电极15)的相反侧上的端部被连接到流体可以在其中移动的管195。这里，管195可以通过非限制性实施例的硅管实现。
此外，电渗泵10还包括装配到所述第一电极13的外周表面的第一接触带131和装配到第二电极15的外周表面的第二接触带151。
第一接触带131和第二接触带151被连接到电源单元17，并且被配置为传送电压或电流到第一电极13和第二电极15。
第一接触带131和第二接触带151可以由导电材料制成。例如，第一接触带131和第二接触带151可以包含银(Ag)或铜(Cu)，但不受限于此。
举例而言，第一接触带131和第二接触带151可以具有能够被装配到第一电极13和第二电极15的外周表面周围的环形形状，如图4所示。
现在，将对根据第一示例性实施方式所述的流体泵送系统1000进行说明。然而，在下面的描述中，与电渗泵10中的上面所述的相同或相似的部件将被分配相同的参考标号，并且其反复的描述将被简化或省略。
图6是根据第一示例性实施方式的流体泵送系统的结构图。
所述流体泵送系统1000包括在图1到图5中的上面所述的电渗泵10。
如上所说明的，在电渗泵10中，含大尺寸聚合物形式的阴离子(而不是小的移动的阴离子)的导电性聚合物被电沉积在第一电极13和第二电极15上。因此，在第一电极13和第二电极15的氧化-还原反应过程中，阴离子不能移动，而阳离子可以移动。由于这些阳离子可以容易地通过带负电荷的膜11，在电渗泵10中第一电极13和第二电极15的电化学反应的速度可以得到改善。因此，电渗泵10可以具有高性能。
所述流体泵送系统1000被配置为通过使用从电渗泵10产生的泵送力将传送目标流体从一个容器转移到另一个容器或到外部。
在此，传送目标流体可以包括不同种类的流体，例如化学液体、水溶液、有机溶液等等，但不受限于此。
所述流体泵送系统1000包括分离构件30。分离构件30设置在电渗泵10的至少一个端部上，并且被配置以分离所述流体和传送目标流体。此外，分离构件30也用于限定其中包含所述流体的空间和其中包含所述传送目标流体的空间，以免所述流体和所述传送目标流体混合，并且还用于将由所述流体的移动所产生的泵送力传送到所述传送目标流体。
如以上所述的分离构件30可以通过形成油隙的油、由具有弹性的薄膜制成的橡胶隔膜或金属板、聚合物膜、滑块或类似物来实现，但不受限于此。
如前所述，导电性聚合物能够引起可逆电化学反应。通过提供电压给第一电极13和第二电极15，同时交替地反转每一电压的极性，使得电化学反应能交替地沿正向方向和反向方向反复地发生。通过这些反复的流体的往复运动，可产生泵送力。
举例而言，电渗泵10能够反复地传送吸引力和排斥力到传送目标流体。如果吸引力被传递到传送目标流体，则传送目标流体可从容器60排入传送管线50。在另一方面，如果排斥力被传递到传送目标流体，则传送目标流体可以从传送管线50排放到外面。也就是，由电渗泵10产生的泵送力可以是吸引力和排斥力。
此外，如前所述，第一电极13和第二电极15中的每一个包含产生可逆电化学反应的导电性聚合物材料。因此，如果电压被施加到第一电极13和第二电极15，同时交替地反转每个电压的极性，则第一电极13和第二电极15再生的可以与它们被消耗的一样多。因此，电渗泵10的寿命可以延长，并且大量的传送目标流体可连续地传送。
所述流体泵送系统1000配备有被配置为提供路径的传送管线50，通过该路径，传送目标流体通过来自电渗泵10的泵送力传送。
传送管线50的一端连接到容器60，并且其另一端被连接到外部。用这样的结构，传送管线50提供路径，传送目标流体通过该路径传送。举非限制性实施例而言，传送管线50可以是管道或软管，并且可由适当的材料制成，具体取决于传送目标流体的特性。
所述流体泵送系统1000还包括分别被设置在传送管线50的两端并被配置成打开或者关闭以允许或阻止传送目标流体的流动的第一打开/关闭构件20和第二打开/关闭构件40。
也就是，第一打开/关闭构件20和第二打开/关闭构件40中的每一个可以被打开以允许流体流过或被关闭以阻止流体的流动。举非限制性示例而言，第一开口构件20和第二开口构件40中的每一个可以通过阀来实现，并且，更具体地，可以是被配置为仅允许流体沿单一的方向流动的止回阀。
这里，第一打开/关闭构件20与第二打开/关闭构件40的打开/关闭状态是彼此相反的。如果打开/关闭构件20和40中的一个打开，则另一个关闭。
例如，如果吸引力被传递到传送目标流体，那么第一打开/关闭构件20打开，而第二打开/关闭阀40关闭。相反，如果排斥力传递到传送目标流体，那么第一打开/关闭构件20关闭，而第二打开/关闭构件40打开。
参考图6，如果电渗泵10的流体沿方向①移动，那么分离构件30也沿方向①移动。因此，传送目标流体受一定方向上的吸引力影响，从而其朝向电渗泵10流动。此时，存在于容器60中的传送目标流体需要流出进入传送管线50，而目标流体一旦流入到外部就应阻止其再进入传送管线50。为此，如果吸引力被传递到传送目标流体，那么第一打开/关闭构件20打开，从而使得传送目标流体能从容器60移动进入传送管线50。此时，传送目标流体沿方向移动。然后，当第二打开/关闭阀40关闭时，所述目标流体一旦排放到外部就可以被阻止从外部再次流入传送管线50中。
此外，如果向第一电极13和第二电极15施加具有与在流体沿方向①移动时所施加的电压的极性相反的极性的电压，那么流体沿方向②移动，并且分离构件30也通过流体的推动而沿方向②移动。因此，传送目标流体受到一定方向的排斥力的影响，从而使其远离电渗泵10。此时，存在于传送管线50中的传送目标流体需要被传送到外部，同时其在排出后被阻止重新进入容器50。为此，如果该排斥力传递到传送目标流体，那么第二打开/关闭构件40被打开，从而使得传送目标流体能从传送管线50移动到外部。此时，传送目标流体沿方向移动。然后，当第一打开/关闭阀20关闭时，传送目标流体可以被制止从传送管线50回流到容器60。
在这里，如果第一打开/关闭构件20与第二打开/关闭构件40是止回阀，则通过在传送管线50内安装方向相反的两个止回阀，由第一打开/关闭构件20与第二打开/关闭构件40进行的上述操作(即，使得传送目标流体仅能沿期望的方向流出的操作)就可以容易地实现。
如上所述，流体泵送系统1000通过反复反转施加到第一电极13的端部和第二电极15的端部的电压的极性而交替地传递吸引力和排斥力到传送目标流体。通过经由第一打开/关闭构件20和第二打开/关闭构件40允许或阻止目标传送流体流动，连续地传送所述传送目标流体是可能的。
所述流体泵送系统1000还包括被配置成传递泵送力到传送管线50的泵送管线70。
泵送管线70是从第一打开/关闭构件20和第二打开/关闭构件40之间的传送管线50的一部分分支出来的，并被连接到电渗泵10。在此配置中，泵送管线70能够传递泵送力到第一打开/关闭构件20和第二打开/关闭构件40两者。
分离构件30可设置在泵送管线70内。通过该配置，通过电渗泵10产生的泵送力可传递到传送目标流体。
所述流体泵送系统1000还包括止动件80，止动件80被构造成当分离构件30因流体的移动而移动时，限制分离构件30的移动距离。
举例而言，止动件80能够防止分离构件30移动到泵送管线70的端部并脱离。此外，止动件80也能够制止因传送目标流体的推动而导致的分离构件30与电渗泵10的接触。
止动件80可以设置在分离构件30的每一侧。此时，邻近电渗泵10设置的止动件80防止分离构件30与电渗泵10接触，以及邻近传送管线50设置的止动件80制止分离构件30脱离泵送管线70。
如上所述，在根据第一示例性实施方式所述的电渗泵10和流体泵送系统1000中，含有阴离子性聚合物(即，大尺寸的聚合物阴离子)的而不是含有分子阴离子的导电性聚合物被电沉积在电极13和15上。相应地，当离子移动以在电极13和15的氧化还原反应之后建立电荷平衡时，阴离子不能移动，而存在于流体中的阳离子可以移动。由于在阳离子和带负电荷的膜11之间施加了吸引力，因此，阳离子可以顺畅地穿过膜11。因此，电极13和15的电化学反应的速度可以增大，使得电渗泵10的性能可以得到改善。
此外，在电渗泵10和流体泵送系统1000中，第一电极13和第二电极15含有能够引起可逆电化学反应的导电性聚合物。因此，通过向第一电极13和第二电极15施加极性与先前施加的电压极性相反的电压，电极反应可以在反向方向上发生，使得电极活性物质一旦在使流体沿正向方向流动时被消耗就可返回到原来的状态。因此，在电渗泵10和流体泵送系统1000中，大量的流体可以移动持续一段长的时间而没有伴随气体产生，同时保持两个电极13和15的尺寸和配置如同它们最初一样。因此，电渗泵10和流体泵送系统1000具有长的寿命和广泛的应用范围。
下面，第一示例性实施方式的效果将根据多种实施例和比较实施例进行研究。然而，应当注意的是，本发明并不限于以下实施例：
(实施例1)
在实施例1中，使用厚度为2毫米，直径为8mm的圆盘状膜，并且该圆盘状膜通过使用大小为500纳米的二氧化硅制成。此外，使用通过在具有直径为8mm的圆盘状的多孔碳电极上电沉积PANI-PSS-产生的电极。对于PANI-PSS-的电极，使用以50mV/秒(-0.2V至1.2V，相对于Ag/AgCl)循环的氧化电沉积法。为了合成PANI-PSS-，使用0.1M的苯胺作为单体，并且使用0.3M的PSSA(聚苯乙烯磺酸)溶液。
(实施例2)
实施例2在与实施例1的条件相同的条件下进行，不同之处在于在圆盘状的多孔碳电极上电沉积的是PEDOT-PSS-，而不是PANI-PSS-。通过使用EDOT(3,4-乙烯二氧噻吩)作为单体生产导电性聚合物来制备PEDOT。
(实施例3)
在实施例3中，使用含CNT(碳纳米管)的导电性聚合物复合物作为电极材料。电极被制作如下。在氯酸性溶液中清洗后，将50毫克NW-CNT(多壁碳纳米管)与6mL的30％-PSSA溶液放入具有90毫升的体积的水中，并搅拌24小时，使得NW-CNT充分分散在溶液中。然后，将0.9毫升未稀释的苯胺溶液加入到该分散液中，并通过超声波工艺处理后，将混合物搅拌一天，以使溶液充分混合。此后，2.2克APS(过氧硫酸铵)缓慢加入到混合溶液中，同时维持混合溶液在0℃，使得PANN-PSS-CNT复合物得以形成并分散在该溶液中。然后，将多孔碳电极在该溶液中浸涂，并在室温下干燥。通过反复此浸涂和干燥过程两次，得到涂有PANI-PSS-CNT复合物的电极。
(比较实施例1)
比较实施例1在与实施例1的条件相同的条件下进行，不同之处在于在圆盘状的碳电极上电沉积的是PANI-NO3 -，而不是PANI-PSS-。为了合成PANI-NO3 -，使用0.1M的苯胺作为单体，并使用0.3M的HNO3溶液。
(比较实施例2)
比较实施例2在与实施例1的条件相同的条件下进行，不同之处在于在圆盘状的碳电极上电沉积的是PANI-SO4 2-，而不是PANI-PSS-。为了合成PANI-SO4 2-，使用0.1M的苯胺作为单体，并使用0.3M的H2SO4溶液。
(实施例1与比较实施例1)
将1.5伏特的电压施加到包括实施例1的电极(即，上面电沉积有PANI-PSS-的电极)的电渗泵和包括比较实施例1的电极(即，上面电沉积有PANI-NO3 -的电极)的电渗泵中的每一个的两端。观察电流值的变化，并且每10分钟测量流率。在图7A描绘电流值的变化，而在图7B提供所测得的流率。
参考图7A和图7B，在包括上面电沉积有PANI-NO3 -的电极的电渗泵的情况下，虽然在初始阶段，它显示出为约3微升/分钟的流率，但观察到在1分钟后电渗泵几乎失去了作为泵的功能。同时，在包括上面电沉积有PANI-PSS-的电极的电渗泵的情况下，观察到电渗泵为能够泵送长达10分钟，虽然发现其流率在初始阶段达到13微升/分钟之后缓慢下降。
如从上面的结果可以看出，相比于包括含有小分子离子的导电性聚合物电极的电渗泵，包括含有阴离子性聚合物的导电性聚合物电极的电渗泵提供高得多的泵送性能。
此外，图8A是当1.5V的电压施加到根据比较实施例1所述的电渗泵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所述的电渗泵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。
参考图8A所示，在电渗泵包括上面电沉积有PANI-NO3 -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泵中流动，并且发现流率仅仅是3微升/分钟或3微升/分钟以下。参照图8B，在另一方面，在包括上面电沉积有PANI-PSS-的电极的电渗泵的情况下，发现150微安或小于150微安的电流在该电渗泵中流动，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。
如可以从上面的结果可以看出，相比于包括含有小分子离子的导电性聚合物电极的电渗泵，包括含有阴离子性聚合物的导电性聚合物电极的电渗泵具有对应于正向/反向方向的电极反应的较稳定和高得多的流率。
同时，图9是示出了流体泵送系统的寿命的曲线图，该流体泵送系统包括使用上面电沉积有PANI-PSS-的电极的电渗泵。如在图9中所描绘的，包括使用上面电沉积有PANI-PSS-的电极的电渗泵的该流体泵送系统被观察到稳定地工作超过2个月，在此期间，可以传送150毫升或150毫升以上的传送目标流体。即，由于电极的消耗和再生反复地发生，所以较稳定地使用电渗泵持续较长的时间段是可能的。
(实施例1与比较实施例2)
图10是当1.5V的电压施加到根据比较实施例2所述的电渗泵的每一电极(上面电沉积有PANI-NO3 -)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。
参考图10，在电渗泵包括上面电沉积有PANI-NO3 -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泵中流动，并且发现流率仅仅是3微升/分钟或3微升/分钟以下。即，相比于包括上面电沉积有PANI-PSS-的电极的电渗泵的性能(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-NO3 -的电极的电渗泵显示出远远较低的性能。
(实施例2与比较实施例1和2)
图11是当1.5V的电压施加到根据实施例2所述的电渗泵的每一电极(上面电沉积有PEDOT-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。
参考图11，在电渗泵包括上面电沉积有PEDOT-PSS-的电极的情况下，发现80微安或小于80微安的电流在该电渗泵中流动，并且发现流率是7微升/分钟或7微升/分钟以下。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泵送性能。
(实施例3与实施例1和2)
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所述的电渗泵的每一电极(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。
参考图12A，在电渗泵包括涂有PANI-PSS-CNT复合物的电极的情况下，发现约250微安或250微安以上的电流流动。而且，参考图12B，在该电渗泵的流率被发现是约15μL/分钟。如从这些结果可以看出的，相比于实施例1和2的电渗泵的电流响应的幅值、流率和泵送性能，实施例3的电渗泵具有较高的电流响应的幅值、较高的流率和较高的泵送性能。
[包括多孔碳电极的电渗泵和流体泵送系统]
现在，将对根据本发明的第二示例性实施方式的电渗泵进行说明。这里，与在第一示例性实施方式的电渗透泵中的所描述那些相同或类似的部件将被分配相同的标号。
图13是示出根据本发明的第二示例性实施方式的电渗泵的结构图。
该电渗泵10包括膜11；以及分别设置在膜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。
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以允许流体移动穿过。
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中的每一个可以仅由多孔碳制成。第一电极13和第二电极15被以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，以允许流体流过。
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，使得电化学反应可以发生。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。
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。这里，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。
因此，在电渗泵10中，通过流体的运动，可以产生泵送力，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。
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)，该装置被配置成以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。
通过上述结构，能够连续地以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。
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11以及第一电极13和第二电极15位于该相反的两侧(空间)之间。
这里，流体路径19可以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。
此外，该流体也可以填充在膜11与第一电极13和第二电极15以及流体路径19内。
此外，流体路径19可具有用于传递泵送力的开口。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，以由此传递由流体向外部移动所产生的泵送力。例如，在流体路径19形成的开口可被连接到图18所示的流体泵送系统1000的泵送管线70，从而可使泵送力传输到外部。
图14是用于描述根据第二示例性实施方式所述的电渗泵的操作的简图，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泵的可逆电极响应的简图。
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泵10的操作进行说明。
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。
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，电荷平衡得以实现。
这里，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，使得流体也可以移动。
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，那么流体和离子可以从膜11的一侧移动到另一侧，反之亦然。当流体和离子以这种方式移动通过膜11时，就产生泵送力。
举例而言，膜11可通过使用呈具有约0.1μm至约5μm的粒径范围的颗粒形式的二氧化硅、玻璃或类似物形成，但不受限于此。
此外，例如，膜11可以是圆盘状膜，或MEA(膜电极组件)。除了这些提到的实施例，膜11还可以由各种多孔材料形成或者可以具有各种多孔结构。
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。这里，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。
二氧化硅、玻璃或类似物被广泛用作膜11的材料。由这种材料制成的膜的表面在水溶液中带负电荷。这里，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，阳离子可以容易地通过膜11。相应地，电极13和15的电化学反应的速度可以得到改善。因此，流体的运动被允许顺利地发生，从而使得稳定的电渗泵10可以获得。
这里，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以是一价阳离子，但不受限于此。
举非限制性实施例而言，所述阳离子可以包括氢离子(H+)，但不受限于此。
属于质子的H+的离子迁移率比其他阳离子的迁移率高得多。如上所述，电渗泵10伴随离子的运动和流体的运动。因此，在氢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，从而使得电渗泵10的性能可进一步改善。
举非限制性实施例而言，电渗泵10可以使用水溶液作为流体。通过使用水溶液作为流体，氢离子可以在电极反应过程中移动。
根据本公开的第二示例性实施方式所述的电渗泵10在几乎不含电解质的溶液中可以表现出较高的泵送性能。此时，属于由水的离解产生的阳离子的氢离子可以移动以建立电荷平衡。
此外，根据所涉及的流体，所述阳离子可包括各种离子，如Na+和K+。
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。
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。
通常，铂被广泛地用作所述电极的材料。最近，为了稳定地驱动电渗泵而没有伴随气体产生，银(Ag)、氧化银(AgO)、MnO(OH)、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，通过使用这种结构，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泵送力。然而，由于这些常规的电极的形成涉及电沉积另一种材料在碳纸上所必需的工艺，因此产生电渗泵的整个工艺已被复杂化。
同时，在根据本发明的第二示例性实施方式所述的电渗泵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以省略，并且，因此，电渗泵10能够以较简单的方式来实现。
在此，可以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。
因此，由于在多孔碳的表面上所形成的各种氧化物质可以参与氧化反应，所以电渗泵10的性能可以得到改善。
例如，所述氧化性物质可以包括羧基、内酯、酚、苯醌、酐等等，但不受限于此。
在此，多孔碳的表面可以通过使用不同的方法进行酸处理，这些方法包括化学方法和物理方法。
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，多孔碳可以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。
此外，也可以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。这里，酸性溶液可以是硝酸溶液(HNO3)、硫酸溶液(H2SO4)、或硝酸溶液和硫酸溶液的混合物，但不受限于此。
活性物质可以不同，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、氧化温度等等。
也就是说，电流的流动和泵的流率可以根据酸性溶液的浓度、混合比例、反应温度、反应时间等等的不同而不同。这一点将在后面说明本发明的实施例时进行详细描述。
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泵的可逆反应的简图。
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以发生。
例如，参考图15A，第一电极13产生阳离子，而第二电极15消耗阳离子。与此相反，参考图15B，第二电极15产生阳离子，而第一电极13消耗阳离子。
这种电渗泵10的可逆电极反应可通过供给电压到所述第一电极13和第二电极15同时交替地反转每个电压的极性而触发。以这种方式，通过允许电化学反应在正向方向和反向方向上反复发生，泵送力通过流体的反复的往复运动连续地产生。
由于第一电极13和第二电极15能够引起可逆电化学反应，因此如果施加到第一电极13和第二电极15中的每一个的电压的极性被反转，并且因此如果在第一电极13和第二电极15发生的反应反转，那么流体的流动可以被改变到反向方向。
详而言之，如图15A中所示，(+)电压被施加到第一电极13，而(-)电压被施加到第二电极15。此时，流体(在图3A和图3B通过H2O表示)可从作为(+)电极的第一电极13移动到作为(-)电极的第二电极15。此外，如图15B所示，如果施加到第一电极13和第二电极15的电压的极性被反转，即，如果(+)电压被施加到第二电极15，而(-)电压被施加到第一电极13，则流体可以从作为(+)电极的第二电极15移动到作为(-)电极的第一电极13。
如上所述，通过使用能够制造可逆电极反应的作为第一电极13和第二电极15的电极材料，并通过施加电压到第一电极13和第二电极15同时交替地反转每个电压的极性，流体的流动可以被改变。因此，由于电极反应沿反向方向发生，所以当流体沿正向方向流动时，由正向反应消耗的电极活性材料的状态可以返回成原来的状态。
也就是说，如果量与用于沿正向方向移动流体的电荷量相同程度的电压或电流被沿反向方向施加到第一电极13和第二电极15中的每一个，那么与沿正向方向移动的量相同的量的流体可以沿反向方向移动。因此，第一电极13和第二电极15的状态可以返回到初始状态。
也就是，由于第一电极13和第二电极15中的每一个再生的量可以与它们被消耗的量一样多，因此在连续使用第一电极13和第二电极15时能够防止它们被消耗掉。结果，电渗泵10的寿命延长，并且通过使用电渗泵10连续地移动传送目标流体是可能的。
图16是根据第二示例性实施方式所述的电渗泵的分解透视图，而图17是图解图16中所示的电渗泵的横截面图。
参考图16和图17，膜11可具有圆板形状。这里，涂覆材料、屏蔽片、粘合片或类似物可以附着到膜11的外周表面以防止流体流出。
另外，第一电极13和第二电极15中的每一个可以具有与膜11的形状一致的圆板形状，并且涂覆材料、屏蔽片、粘合片、或类似物也可以连接到所述第一电极13和第二电极15中的每个的外周表面，以防止流体流出。
该流体路径19包括连接到第一电极13的第一中空盖191。另外，流体路径19也可以包括连接到第二电极15的第二中空盖193。
第一中空盖191(第二中空盖193)的位于第一电极13(第二电极15)的相对侧上的端部被连接到流体可以在其中移动的管195。
这里，举非限制性实施例而言，管195可以硅管实现。
此外，电渗泵10还包括装配到所述第一电极13的外周表面的第一接触带131和装配到第二电极15的外周表面的第二接触带151。
第一接触带131和第二接触带151被连接到电源单元17，并且被配置为传送电压或电流到第一电极13和第二电极15。
第一接触带131和第二接触带151可以由导电材料制成。例如，第一接触带131和第二接触带151可以包含银(Ag)或铜(Cu)，但不受限于此。
举例而言，如图16所示，第一接触带131和第二接触带151可以具有能够被装配到第一电极13和第二电极15的外周表面周围的环形形状。
现在，将对根据第二示例性实施方式所述的流体泵送系统1000进行说明。然而，在下面的描述中，如根据第一和第二示例性实施方式所述的电渗泵10和根据第一示例性实施方式所述的电渗泵1000中的上面所述的相同或相似的部件将被分配相同的参考标号，并且其反复的描述将被简化或省略。
图18是根据第二示例性实施方式的流体泵送系统的结构图。
所述流体泵送系统1000包括上面图13到图17所述的电渗泵10。
如上所说明的，由于第一电极13和第二电极15仅由多孔碳制成，因此在形成该电极时可以省略在电极上电沉积另一种材料的工艺。因此，以较简单的方式生产电渗泵10是可行的。
所述流体泵送系统1000被配置为通过使用从电渗泵10产生的泵送力将传送目标流体从一个容器转移到另一个容器或到外部。
在此，传送目标流体可以包括不同种类的流体，例如化学液体、水溶液、有机溶液等等，但不受限于此。
所述流体泵送系统1000包括分离构件30。分离构件30设置在电渗泵10的至少一个端部，并且被配置以分离所述流体和传送目标流体。
此外，分离构件30也用于限定其中包含所述流体的空间和其中包含所述传送目标流体的空间，以免所述流体和所述传送目标流体混合，并且还用于将由所述流体的移动所产生的泵送力传送到所述传送目标流体。
如以上所述的分离构件30可以通过形成油隙的油、由具有弹性的薄膜制成的橡胶隔膜或金属板、聚合物膜、滑块或类似物来实现，但不受限于此。
如前所述，多孔碳能够引起可逆电化学反应。通过提供电压给第一电极13和第二电极15，同时交替地反转每一电压的极性，使得电化学反应能交替地沿正向方向和反向方向反复地发生。通过反复这些流体的往复运动，可产生泵送力。
举例而言，电渗泵10能够反复地传送吸引力和排斥力到传送目标流体。如果吸引力被传递到传送目标流体，则传送目标流体可从容器60排入传送管线50。在另一方面，如果排斥力被传递到传送目标流体，则传送目标流体可以从传送管线50排放到外面。也就是，由电渗泵10产生的泵送力可以是吸引力和排斥力。
此外，如前所述，第一电极13和第二电极15中的每一个包含引起可逆电化学反应的多孔碳。因此，如果电压被施加到第一电极13和第二电极15，同时交替地反转每个电压的极性，第一电极13和第二电极15被再生的可以与它们被消耗的一样多。因此，电渗泵10的寿命可以延长，并且大量的传送目标流体可被连续地传送。
所述流体泵送系统1000配备有被配置为提供路径的传送管线50，通过该路径，所述传送目标流体通过来自电渗泵10的泵送力传送。
传送管线50的一端连接到容器60，并且其另一端被连接到外部。用这样的结构，传送管线50提供路径，传送目标流体通过该路径传送。举非限制性实施例而言，传送管线50可以是管道或软管，并且可由适当的材料制成，具体取决于传送目标流体的特性。
所述流体泵送系统1000还包括分别被设置在传送管线50的两端并被配置成打开或者关闭以允许或阻止传送目标流体的流动的第一打开/关闭构件20和第二打开/关闭构件40。
也就是，第一打开/关闭构件20和第二打开/关闭构件40中的每一个可以被打开以允许流体流过或被关闭以阻止流体的流动。举非限制性示例而言，第一开口构件20和第二开口构件40中的每一个可以通过阀来实现，并且，更具体地，可以是被配置为仅允许流体沿单一的方向流动的止回阀。
这里，第一打开/关闭构件20与第二打开/关闭构件40的打开/关闭状态是彼此相反的。如果打开/关闭构件20和40中的一个打开，则另一个关闭。
例如，如果吸引力被传递到传送目标流体中，那么第一打开/关闭构件20打开，而第二打开/关闭阀40关闭。相反，如果排斥力传递到传送目标流体，那么第一打开/关闭构件20关闭，而第二打开/关闭构件40打开。
参考图18，如果电渗泵10的流体沿方向①移动，那么分离构件30也沿方向①移动。因此，传送目标流体受一定方向上的吸引力影响，从而其朝向电渗泵10流动。此时，需要存在于容器60中的传送目标流体流出进入传送管线50，而目标流体一旦流入到外部就应阻止其再进入传送管线50。为此，如果吸引力被传递到传送目标流体，那么第一打开/关闭构件20打开，从而使得传送目标流体能从容器60移动进入传送管线50。此时，传送目标流体沿方向移动。然后，当第二打开/关闭阀40关闭时，所述目标流体一旦排放到外部就可以被阻止从外部再次流入传送管线50中。
此外，如果向第一电极13和第二电极15施加具有与在流体沿方向①移动时所施加的电压的极性相反的极性的电压，那么流体沿方向②移动，并且分离构件30也通过流体的推动而沿方向②移动。因此，传送目标流体受到一定方向的排斥力的影响，从而使其远离电渗泵10。此时，存在于传送管线50中的传送目标流体需要被传送到外部，同时其在排出后被阻止重新进入容器50。为此，如果该排斥力传递到传送目标流体，那么第二打开/关闭构件40被打开，从而使得传送目标流体能从传送管线50移动到外部。此时，传送目标流体沿方向移动。然后，当第一打开/关闭阀20关闭时，传输目标流体可以被制止从传送管线50回流到容器60。
在这里，如果第一打开/关闭构件20与第二打开/关闭构件40是止回阀，那么通过在传送管线50内安装方向相反的两个止回阀，那么由第一打开/关闭构件20与第二打开/关闭构件40进行的上述操作(即，使得传送目标流体仅能沿期望的方向流出的操作)可以容易地实现。
如上所述，流体泵送系统1000通过反复反转施加到第一电极13的端部和第二电极15的端部两者的电压的极性而交替地传递吸引力和排斥力到传送目标流体。通过经由第一打开/关闭构件20和第二打开/关闭构件40允许或阻止目标传送流体流动，连续地传送所述传送目标流体是可行的。
所述流体泵送系统1000还包括泵送管线70，泵送管线70是从第一打开/关闭构件20和第二打开/关闭构件40的一部分分支出来的，且被连接到电渗泵10。泵送管线70被配置成传递泵送力到传送管线50。
由于泵送管线70是从第一打开/关闭构件20和第二打开/关闭构件40之间的传送管线50的一部分分支，所以泵送管线70能够传递泵送力到第一打开/关闭构件20和第二打开/关闭构件40两者。
分离构件30可设置在泵送管线70内。通过该配置，通过电渗泵10产生的泵送力可传递到传送目标流体。
所述流体泵送系统1000还包括止动件80，止动件80被构造成当分离构件30因流体的移动而移动时，限制分离构件30的移动距离。
举例而言，止动件80能够防止分离部件30移动到泵送管线70的端部并脱离。此外，止动件80也能够制止因传送目标流体的推动而导致的分离构件30与电渗泵10的接触。
止动件80可以设置在分离构件30的每一侧。此时，邻近电渗泵10设置的止动件80防止分离构件30与电渗泵10接触，以及邻近传送管线50设置的止动件80制止分离构件30脱离泵送管线70。
如上所述，在根据本发明的第二示例性实施方式所述的电渗泵10和流体泵送系统1000中，第一电极13和第二电极15仅由多孔碳形成，并通过多孔碳本身的电化学反应产生泵送力。因此，当形成第一电极13和第二电极15时，可以省略电沉积另一种材料的工艺，从而使电渗泵10能够以较简单的方式来生产。
此外，在电渗泵10和流体泵送系统1000中，由于第一电极13和第二电极15由多孔碳形成，其表面通过使用等离子体或酸性溶液进行酸处理，可以获得更稳定的和改进的泵送性能。
此外，在电渗泵10和流体泵送系统1000中，第一电极13和第二电极15含有能够引起可逆电化学反应的多孔碳。因此，通过向第一电极13和第二电极15施加极性与先前施加的电压极性相反的电压，电极反应可以在反向方向上发生，使得电极活性物质一旦在使流体沿正向方向流动时被消耗就可返回到原来的状态。因此，在电渗泵10和流体泵送系统1000中，大量的流体可以移动持续一段长的时间而没有伴随气体产生，同时保持两个电极13和15的尺寸和配置如同它们最初一样。因此，电渗泵10和流体泵送系统1000具有长的寿命和广泛的应用范围。
下面，第二示例性实施方式的效果将根据多种实施例和比较实施例进行研究。然而，应当注意的是，本发明并不限于以下实施例：
(实施例1)
在实施例1中，通过使用300纳米的二氧化硅形成的并具有厚度为2mm且直径为8mm的盘状膜被用作膜，并且使用具有厚度为0.25mm和密度为0.5克/cm3的Spectracarb 2050A碳纸作为电极。
(实施例2)
实施例2在与实施例1的条件相同的条件下进行，不同之处在于实施例1的碳纸是通过空气等离子体氧化持续10分钟的。
(实施例3)
实施例3在与实施例1的条件相同的条件下进行，不同之处在于实施例1的碳纸在保持60℃的温度的同时在含有95％的硫酸和60％的硝酸(比例为1:1)的溶液中氧化持续约6小时。
(实施例1、2和3的结果)
向实施例1、2和3的电渗泵中的每一个的两端施加1.5伏的电压，同时每隔1分钟反转电压的极性。作为实验结果的电流响应曲线图在图19、图20和图21A中提供。
首先，参考图19，在不对碳纸进行任何额外处理而使用碳纸作为电极的电渗泵的情况下，发现50微安或小于50微安的电流在其中流动，并且还观察到流体运动。如从该结果可以看出的，通过使用仅由多孔碳构成的电极，流体可通过多孔碳本身的电化学反应而移动。
参考图20，在电渗泵使用通过空气等离子体进行过表面处理的碳纸的情况下，发现约200微安的电流在其中流动，并且还观察到流体运动。如从该结果可以看出的，如果通过等离子体对多孔碳的表面进行表面处理，那么相比于使用上面没有进行任何表面处理的多孔碳的情况，可以实现较高的泵送性能。
参考图21A和图21B，使用在含有95％的硫酸和60％的硝酸(比例为1:1)的溶液中在60℃的温度下氧化约6小时的碳纸的电渗泵的情况下，发现逼近至约400微安的电流在其中流动，并且流率被发现是14微升/分钟。即，如从这个结果可以看出的，相比于实施例1和2，由多孔碳构成的电极(其表面上的氧化物质通过氧化反应形成)具有较高的泵送性能。
与此同时，进行另一实验，其中，在与实施例3的条件不同的条件下，同时改变硝酸/硫酸的比例、温度、加热时间等等来氧化碳纸(CP)。然后，在每一种情况下观察电流流动和泵的流率，并将比较结果提供在下面的表1中。在表1中，使用60％的硝酸和95％的硫酸。
表1
如从表1可以看出的，相比于未经处理的碳纸的泵送性能，经酸处理的碳纸具有较高的泵送性能。此外，还发现，泵的流率和电流流动根据用于氧化碳纸的条件不同而变化。即，通过在各种条件下氧化碳纸，作为电极的碳纸的性能可以得到改善。
本发明示例性实施方式的上述描述被提供以用于说明的目的，并且本领域技术人员应当理解，在不改变示例性实施方式的技术构思和基本特征的情况下，可以作出多种变化和修改方案。因此，清楚的是，上述示例性实施方式在所有方面都是说明性的，并且不限制本发明。例如，被描述为单一类型的各部件可以以分布式的方式来实现。同样，被描述为分布式的部件可以以组合的方式来实现。
本发明构思的范围由下面的权利要求和等同方案限定，而不是由说明性的实施方式的详细描述限定。应当理解的是，从权利要求和其等同方案的意思和范围构思的所有修改方案和实施方式都包括在本发明的范围内。

Claims (19)

1.一种流体泵送系统，其包括：
电渗泵，其包括让流体能移动穿过的膜；以及
分别设置在所述膜的相反的两侧的第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极中的每一个都是由多孔材料制成或具有多孔结构，以使得流体能移动穿过，
设置在所述电渗泵的至少一个端部并且被配置成将所述流体与传送目标流体隔开的分离构件，
传送管线，其被配置为提供路径，通过该路径，所述传送目标流体通过从所述电渗泵接收的泵送力传送，和
第一打开/关闭构件和第二打开/关闭构件，所述第一打开/关闭构件靠近所述传送管线的连接到传送目标流体源的第一端并且所述第二打开/关闭构件靠近所述传送管线的连接到所述流体泵送系统的外部的第二端，并且所述第一打开/关闭构件和第二打开/关闭构件被配置成允许或阻止所述传送目标流体的流动，
其中，所述第一电极和所述第二电极中的每一个包含导电性聚合物，在该导电性聚合物中包含阴离子性聚合物，
当阳离子按一定方向移动时，所述第一电极和所述第二电极的电化学反应发生，由此建立电荷平衡，并且
其中，通过供给电压到所述第一电极和所述第二电极中的每一个同时交替地反转所述电压的极性而允许所述电化学反应能在正向方向和反向方向上反复发生，从而通过所述流体的反复的往复运动产生泵送力。
2.根据权利要求1所述的流体泵送系统，
其中，所述导电性聚合物是通过在含有所述阴离子性聚合物的溶液中的单体的聚合而形成的。
3.根据权利要求1所述的流体泵送系统，
其中，所述阳离子因所述流体的离解而存在于所述流体中。
4.根据权利要求1所述的流体泵送系统，
其中，所述第一电极和所述第二电极中的一个通过所述电化学反应产生阳离子，而所述第一电极和所述第二电极中的另一个通过所述电化学反应消耗所述阳离子。
5.根据权利要求4所述的流体泵送系统，
其中，所述阳离子包括一价阳离子。
6.根据权利要求5所述的流体泵送系统，
其中，所述阳离子包括氢离子(H+)。
7.根据权利要求1所述的流体泵送系统，
其中，所述导电性聚合物包括选自由聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚硫堇、醌聚合物、它们的衍生物、以及它们的组合组成的组中的一者。
8.根据权利要求1所述的流体泵送系统，
其中，所述阴离子性聚合物包括选自由聚苯乙烯磺酸盐、SPEEK(磺化聚醚醚酮)、聚丙烯酸盐、聚乙烯磷酸盐、多金属氧酸盐、全氟化离子交换树脂、它们的衍生物，以及它们的组合构成的组中的一者。
9.根据权利要求1所述的流体泵送系统，
其中，所述第一电极和所述第二电极中的每一个均包括碳纳米结构。
10.根据权利要求9所述的流体泵送系统，
其中，所述碳纳米结构包括碳纳米管(CNT)、石墨烯、碳纳米颗粒、富勒烯、和石墨中的一种或多种。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的流体泵送系统，
其中，所述导电性聚合物引起可逆电化学反应。
12.根据权利要求1所述的流体泵送系统，
其中通过在所述正向方向和所述反向方向上反复发生的所述电化学反应而使所述第一电极和所述第二电极中的每一个反复地消耗和再生。
13.根据权利要求1所述的流体泵送系统，其还包括：
电源单元，其被配置成供给电压到所述第一电极和所述第二电极中的每一个同时交替地反转所述电压的极性。
14.根据权利要求13所述的流体泵送系统，
其中，所述电源单元包括：
直流电源单元，其被配置成提供直流电压给所述第一电极和所述第二电极中的每一个；以及
电压方向切换装置，其被配置成以预定的时间间隔交替地反转被提供给所述第一电极和所述第二电极中的每一个的直流电压的极性。
15.根据权利要求1所述的流体泵送系统，
其中所述电渗泵被配置成通过所述分离构件反复地传递吸引力和排斥力到所述传送目标流体而产生所述泵送力。
16.根据权利要求1所述的流体泵送系统，其还包括：
泵送管线，其是从所述第一打开/关闭构件和所述第二打开/关闭构件之间的所述传送管线的一部分分支出来的，并被连接到所述电渗泵，且被配置成传递所述泵送力到所述传送管线。
17.根据权利要求16所述的流体泵送系统，
其中，所述第一打开/关闭构件的打开和关闭与所述第二打开/关闭构件的打开和关闭是相反的。
18.根据权利要求15所述的流体泵送系统，
其中，如果所述吸引力被传递到所述传送目标流体，则所述第一打开/关闭构件打开，而所述第二打开/关闭构件关闭。
19.根据权利要求15所述的流体泵送系统，
其中，如果所述排斥力被传递到所述传送目标流体，则所述第一打开/关闭构件关闭，而所述第二打开/关闭构件打开。
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10376841B2 (en) * 2013-08-26 2019-08-13 Sogang University Research & Business Development Foundation Electroosmotic pump and fluid pumping system including the same
KR102540664B1 (ko) 2015-11-03 2023-06-08 삼성전자주식회사 바이오 센서 및 그의 센싱 방법
KR102006908B1 (ko) 2016-06-28 2019-08-02 이오플로우(주) 전기 삼투 펌프 및 이를 포함하는 유체 펌핑 시스템
CN106048647B (zh) * 2016-07-01 2018-08-03 吉林建筑大学 一种变性生物电极微生物电解池及其运行方法
KR101910932B1 (ko) 2016-08-31 2018-10-23 이오플로우(주) 전기 삼투 펌프
KR101933062B1 (ko) 2017-09-19 2019-03-15 서강대학교산학협력단 이송대상유체의 압력을 측정하는 펌프, 이를 이용하는 유체운송 시스템과 그 시스템의 동작 방법
JP7339273B2 (ja) * 2018-03-21 2023-09-05 リンテック・オブ・アメリカ・インコーポレイテッド カーボンナノチューブ紡績糸電気浸透流ポンプ
CN109482248B (zh) * 2018-11-07 2020-07-17 浙江大学 一种基于纳米多孔薄膜的低压电渗泵
CN110360082B (zh) * 2019-08-09 2023-10-13 深圳市安保医疗科技股份有限公司 一种涡轮单元及其使用方法、涡轮装置
DE102020005140B4 (de) 2020-08-21 2023-02-09 Mercedes-Benz Group AG Scheinwerfer für ein Fahrzeug
CN113300568B (zh) * 2021-04-08 2023-05-16 杭州未名信科科技有限公司 电渗泵系统及其功能电极的制作方法、流体输送方法
KR20230078123A (ko) * 2021-11-26 2023-06-02 주식회사 케어메디 전기삼투펌프, 전극의 제조방법, 이를 이용한 유체 펌핑 시스템 및 그 시스템의 동작 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN87108059A (zh) * 1986-11-27 1988-06-22 昭和电工株式会社 高导电性聚合体组成物及其制造方法

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3923426A (en) * 1974-08-15 1975-12-02 Alza Corp Electroosmotic pump and fluid dispenser including same
JP2001240730A (ja) 2000-02-28 2001-09-04 Mitsubishi Chemicals Corp 導電性ポリチオフェン
US7470267B2 (en) * 2002-05-01 2008-12-30 Microlin, Llc Fluid delivery device having an electrochemical pump with an anionic exchange membrane and associated method
US7559356B2 (en) * 2004-04-19 2009-07-14 Eksident Technologies, Inc. Electrokinetic pump driven heat transfer system
US20080260542A1 (en) * 2004-06-07 2008-10-23 Nano Fusion Technologies, Inc Electroosmotic Pump System and Electroosmotic Pump
JP2006275016A (ja) * 2005-03-30 2006-10-12 Science Solutions International Laboratory Inc 液体輸送装置及び液体輸送システム
RU2300024C2 (ru) 2005-07-07 2007-05-27 Общество с ограниченной ответственностью "Институт рентгеновской оптики" Электрокинетический микронасос
US20080057398A1 (en) 2006-09-06 2008-03-06 General Electric Company Non-faraday based systems, devices and methods for removing ionic species from liquid
JP5360519B2 (ja) * 2006-09-22 2013-12-04 西川 正名 電気浸透材及びその製造方法と電気浸透流ポンプ
WO2009062872A1 (en) * 2007-11-13 2009-05-22 Voltea Limited Water purification device
FR2925181B1 (fr) 2007-12-12 2010-09-10 Hydro Quebec Lentille optique electrochrome
GB0818403D0 (en) * 2008-10-08 2008-11-12 Univ Leuven Kath Aqueous electrophoretic deposition
KR100946598B1 (ko) * 2009-04-24 2010-03-09 주식회사 엘파니 플라스마 처리를 이용한 전도성 고분자용 고체 도판트, 그의 제조 방법 및 장치, 및 전도성 고분자의 고상 도핑 방법
AU2011224364A1 (en) 2010-03-09 2012-11-01 Board Of Regents Of The University Of Texas System Electro-osmotic pumps, systems, methods, and compositions
US9199201B2 (en) * 2011-12-15 2015-12-01 General Electric Company Self contained electroosmotic pump and method of making thereof
US8603834B2 (en) * 2011-12-15 2013-12-10 General Electric Company Actuation of valves using electroosmotic pump
EP2658003A1 (en) * 2012-04-20 2013-10-30 Acreo Swedish ICT AB Thermoelectric device based on ion transport

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN87108059A (zh) * 1986-11-27 1988-06-22 昭和电工株式会社 高导电性聚合体组成物及其制造方法

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