CN208406430U - 一种过滤装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种纳米材料过滤装置及其制造方法。该过滤装置包括纳米材料容器，过滤膜，纳米材料废料容器。过滤膜置于纳米容器与纳米废料容器之间，废料容器上有另外的出口以造成容器内外的压力差，从而促进纳米材料溶液及杂质进入废料容器。过滤膜上有纳米尺度的非对称结构，仅允许液体及极小尺寸颗粒通过，而留下适当的纳米材料，从而完成过滤。

Description

一种过滤装置

技术领域

本发明涉及一种过滤装置，尤其涉及一种可以用于纳米材料过滤提纯或者类似系统装置。

背景技术

经由化学等方法处理得到的纳米材料从溶液中分离提纯是纳米材料应用中必不可少的步骤。目前一般采用离心机提纯的方式，去掉液体中多余的表面活性剂等杂质。但是离心处理需要用离心机，而且单次处理的数量少，时间长，所以效率低，综合成本高，不适合大批量工业生产。本发明提供了一种可以低成本大批量提纯纳米材料的过滤装置。

发明内容

本发明涉及一种过滤装置，该过滤装置包括材料容器、过滤膜、废料容器等，材料容器可以是开放式容器，可以是形如漏斗类容器。过滤膜置于材料容器与废料容器之间，两容器与过滤膜之间采用密封、加固连接的辅助器材。废料容器上包括一个连接过滤膜的接口，一个连接抽气系统的接口。过滤膜上的过滤孔中有非对称结构，在入口处孔径小，入口直径可以是1nm-100nm，从而隔绝纳米材料进入过滤器；在过滤孔其他部分孔径大，过滤孔直径可以是100-1000nm，从而有利于液体的流通。过滤膜的材料可以是刚性或者是柔性的。可以包括但是不限于金属、半导体、硅、氧化铝、塑料、有机聚合物等等，也可以是多种材料按照不同方式的组合。过滤膜的制造可以是一次成型，也可以是首先取得大孔径薄膜，然后对其中一侧处理成为非对称结构。处理方法可以包括但是不限于磁控溅射、电子束蒸发、热蒸发等。

外界可以通过连接抽气系统的接口与过滤装置相连，在外界抽气时，废料容器内气压降低，从而促进材料容器中的液体进入废料容器。该过滤装置，在生产过程中可以与离心机等广泛应用的纳米材料提纯、过滤装置等结合使用，用于不同纯度、不同纳米粒子，不同杂质的处理。

本发明一个实施例中，通过磁控溅射技术在在已成型的具有300nm的孔径的薄膜上形成10nm的孔径口。本发明另一个实施例中，通过热蒸发技术在在已成型的具有300nm的孔径的薄膜上形成15nm的孔径口。

具体实施方式

本发明的具体实施方式如下，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所做出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本公开的内容不充分。

经由化学等方法处理得到的纳米材料从溶液中分离提纯，以去除液体中多余的反应物、表面活性剂等杂质是纳米材料应用中重要的步骤。目前一般采用离心机提纯的方式去掉。但是离心处理需要用离心机，而且单次处理的数量少，时间长，所以效率低，综合成本高，不适合大批量工业生产。

也可以通过薄膜过滤器来处理，然而对于尺度为纳米级的材料，需要纳米级的过滤孔，如果孔径过大，不能够达到过滤的效果，孔径小的情况下，如果过滤孔过长则容易堵塞，如果过滤孔过短，则薄膜厚度过小，不宜支撑，容易损坏，有诸多缺点。

本发明提供了一种低成本大批量提纯材料的过滤装置。可以用于纳米材料处理。该发明采取非对称结构的过滤孔。入口处孔径小，入口直径可以是1nm-100nm，从而隔绝材料进入过滤器；在过滤孔其他部分孔径大，过滤孔直径可以是100-1000nm，从而有利于液体的流通。薄膜的厚度可以是0.1-2mm。

过滤膜的制造可以是一次成型，也可以是首先取得大孔径薄膜，然后对其中一侧处理，缩小孔径，形成非对称结构。不同的技术或工艺方法可用来在大孔径薄膜上生成小孔。例如在微电子领域常用的各种高精度真空镀膜技术，其包括但不限于物理气相沉积（Physical Vapor Deposition，PVD）法和反应溅射（Reactive Sputtering）法、热蒸发（Thermal Evaporation）、电子束蒸发（E-beam Evaporation化学气相沉积（ChemicalVapor Deposition，CVD）法等。

过滤膜的基础材料可以是不易吸附所处理纳米材料的金属、半导体、绝缘体、塑料、聚合物等各种材料。过滤膜的材料可以是刚性或者是柔性的。在本发明的一个实施例中，是在0.5mm厚的300nm孔径半导体材料氧化铝上通过磁控溅射物理气相沉积技术，沉积钛层薄膜，逐步缩小孔径至10nm。在本发明的一个实施例中，是在0.5mm厚的300nm孔径半导体材料硅上通过磁控溅射物理气相沉积技术，沉积铝层薄膜，逐步缩小孔径至10nm。

在一些实施例中，过滤膜的最小孔径在2nm-10nm之间，在一些实施例中，过滤膜的最小孔径在10nm -30nm之间，在一些实施例中，过滤膜的最小孔径在30nm -200nm之间，。

在本发明实施例中，此处使用的“纳米粒子”可指包含可以是纳米棒、纳米球、纳米线等多种形状，可以是金属、半导体等多种材料，纳米材料表面可以附着有活性剂、稳定剂。在一些实施例中，纳米粒子可以是具有多种活性剂或者保护层包裹的金纳米棒。

在本发明中涉及的“薄膜”包括在一个表面上形成的有厚度的材料或者组分，并不代表这些材料或者组分的特定的厚度或者其他几何维度。在本发明中涉及的“纳米材料”包括在尺度为1-1000nm的材料，并不代表这些材料或者组分的特定的尺度或者其他几何维度。

图1所示为本发明过滤装置一个实施例的示意图。首先放置废料容器；在废料容器一端接入抽气系统，一端上安装过滤膜，在过滤膜上放置纳米材料原料容器。在过滤膜周围采取密封措施。在一个非限定示例中，所过滤的纳米材料为纳米金棒。

如图2所示为本发明图1中所示的过滤膜的一个实施例的过滤膜原始结构图a，加工后过膜的上视图b与下视图c的示意图；上视图所示为过滤膜小孔径的入口，下视图所示为过滤膜大孔径的出口。

图3为本发明图1中所示的过滤膜的一个实施例的结构在o加工前与o’加工后的剖面图；采用纳米级精度的薄膜沉积技术之后，新的镀层逐渐在孔端累积，从而孔径逐渐缩小至所需纳米级孔径，形成非对称结构。下端大部分孔径依然保持大孔径，有利于液体通过。本土仅为示意图，不表示实际的比例。

除非另作定义，权利要求书和说明书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，也不限于是直接的还是间接的连接。

虽然结合特定的实施例对本发明进行了说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以做出许多修改和变型。因此，要认识到权利要求书的意图在于覆盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。

附图说明

通过结合附图对于本发明的实施例进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：

图1 为本发明装置中具有本专利过滤膜的一个实施例的示意图。

图2为本发明图1中所示的过滤膜的一个实施例的过滤膜原始结构图a，加工后过膜的上视图b与下视图c的示意图。

图3为本发明图1中所示的过滤膜的一个实施例的结构在加工前与加工后的剖面图。

Claims (8)

1.一种过滤装置，其特征是该装置包括材料容器，过滤膜，废料容器和一个连接过滤膜的接口，一个连接抽气系统的接口；过滤膜置于材料容器与废料容器之间，容器与过滤膜之间采用密封、加固连接的辅助器材。

2.根据权利要求1所述的过滤装置，其特征是装置中材料容器是开放式容器，包括形如漏斗类容器。

3.根据权利要求1所述的过滤装置，其特征是过滤膜上的过滤孔有非对称结构，在入口处孔径小，入口直径是1nm-100nm，从而隔绝材料进入过滤器；在过滤孔的中间部分和出口部分孔径大，过滤孔直径是100-1000nm，从而有利于液体的流通。

4.根据权利要求1所述的过滤装置，其特征是过滤膜的材料是刚性或者是柔性的，包括但是不限于金属、半导体、硅、氧化铝、塑料、有机聚合物，也包括是多种材料按照不同方式的组合。

5.根据权利要求1所述的过滤装置，其特征是过滤膜的制造通过一次成型或者通过是首先取得大孔径薄膜，然后对其中一侧处理成为非对称结构，处理方法包括但是不限于磁控溅射、电子束蒸发、热蒸发。

6.根据权利要求1所述的过滤装置，其特征是外界通过连接抽气系统的接口与过滤装置相连，在外界抽气时，废料容器内气压降低，从而促进材料容器中的液体进入废料容器。

7.根据权利要求1所述的过滤装置，其特征是可以与广泛应用的离心机结合使用。

8.根据权利要求1所述的过滤装置，其特征是采用该过滤装置的材料包括但不限于纳米棒、纳米球、纳米线多种形状，包括但不限于金属、半导体材料。