CN216630348U - 一种电压调控的溶液离子选择透过装置 - Google Patents

一种电压调控的溶液离子选择透过装置 Download PDF

Info

Publication number
CN216630348U
CN216630348U CN202122690803.2U CN202122690803U CN216630348U CN 216630348 U CN216630348 U CN 216630348U CN 202122690803 U CN202122690803 U CN 202122690803U CN 216630348 U CN216630348 U CN 216630348U
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
pipeline
nano
solution ion
water tank
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202122690803.2U
Other languages
English (en)
Inventor
王剑宇
王立
王震东
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanchang University
Original Assignee
Nanchang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanchang University filed Critical Nanchang University
Priority to CN202122690803.2U priority Critical patent/CN216630348U/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN216630348U publication Critical patent/CN216630348U/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124—Water desalination
    • Y02A20/131—Reverse-osmosis

Landscapes

  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

本实用新型公开了一种电压调控的溶液离子选择透过装置，包含衬底、纳米管道、水槽、微管道、栅极绝缘层和栅电极六个部分；所述纳米管道的两侧均连接有水槽，一侧水槽通过微管道注入溶液，经纳米管道选择透过离子后，从另一侧水槽及微管道流出；所述栅电极连接外加电源，用于调节栅极电压。该装置基于一种包含栅电极的纳米管道结构，并通过外加栅极电压实现对纳米管道中离子的选择性通过。本实用新型的离子选择通过电压调控，可以随时打开和关闭并对离子透过的类型进行选择。

Description

一种电压调控的溶液离子选择透过装置
技术领域
本实用新型涉及半导体器件领域，具体涉及一种电压调控的溶液离子选择透过装置。
背景技术
溶液中的离子及浓度会显著影响溶液的物理和化学性质，对离子的选择输运在人工仿生结构、生物探测、海水淡化、药物输送等方面具有广泛的应用前景。实现可控离子输运的灵感最初来自于细胞中的蛋白质离子通道，这些离子通道能够选择和调节不同离子进出细胞，实现对于质膜间细胞电势的控制。已经有大量使用磷脂、PET和聚合物等有机材料制备纳米通道的工作报道。近年来，得益于制备工艺的成熟，基于固态无机材料的纳米通道研究近年来也得到了快速的发展。然而，目前的纳米通道对离子的选择输运基本上都只具备单一功能，在纳米限制条件下实现类似细胞膜中蛋白质离子通道的精确快速调控仍面临着一定的挑战。
实用新型内容
本实用新型针对精确调控离子输运的需求，提出了一种电压调控的溶液离子选择透过装置。该装置对离子的选择透过基于外加栅极电压实现，可以实现灵活打开和关闭功能，并通过施加不同电压实现对不同离子的选择透过。
本实用新型通过以下技术方案予以实现：
一种电压调控的溶液离子选择透过装置，包含衬底、纳米管道、水槽、微管道、栅极绝缘层和栅电极六个部分。其中纳米管道的两侧均连接有水槽，一侧水槽通过微管道注入溶液，经纳米管道选择透过离子后，从另一侧水槽及微管道流出。栅电极连接外加电源，通过施加栅极电压的方法打开和关闭离子透过，并可通过改变栅极电压大小及正负实现对透过离子类型的选择。
本实用新型的改进方案，可以丰富该装置结构的设计，或实现更复杂的器件功能。装置结构包括衬底可以均选用柔性材料，实现柔性器件。栅电极可以设计多栅极结构，分别施加不同的栅极电压，实现复杂的离子选择透过功能。具体包括：
衬底是可以是硬质的载片(如玻璃、硅片等)，也可以是柔性的膜(如聚合物膜)。
纳米管道可以为在衬底表面选择刻蚀得到，也可以选用预制备好的管道沉积和键合到衬底上。纳米管道可以根据设计，选用绝缘的硬质材料结构(如硅、二氧化硅等)或绝缘的柔性材料结构(如PDMS)。
水槽可以为在衬底表面选择刻蚀得到，也可以选用预制备好的水槽沉积和键合到衬底上。水槽可以根据设计，选用绝缘的硬质材料结构(如硅、二氧化硅等)或绝缘的柔性材料结构(如PDMS)。
微管道可以根据设计，选用绝缘的硬质材料结构(如硅、二氧化硅等)或绝缘的柔性材料结构(如PDMS)。
栅极绝缘层，可以根据设计，选用不同金属氧化物(如二氧化硅、二氧化铪等)。
栅电极，可以根据设计，选用不同的导电性好的金属(如金、银等)。栅电极设计可以根据需求，选用单个栅电极、多个栅电极或背栅结构。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型基于一种包含栅电极的纳米管道结构，并通过外加栅极电压实现对纳米管道中离子的选择性通过。本实用新型的离子选择通过电压调控，可以随时打开和关闭并对离子透过的类型进行选择。
附图说明
图1是本实用新型的剖面结构示意图；
图2是本实用新型在施加不同栅极电压时测量得到的溶液电导。
图示说明：1、衬底；2、纳米管道；3、进水水槽；4、出水水槽；5、进水微管道；6、出水微管道；7、栅极绝缘层；8、栅电极。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型作进一步地说明。
实施例
参见附图1，本实用新型装置结构包括衬底1、纳米管道2、进水水槽3、出水水槽4、进水微管道5、出水微管道6、栅极绝缘层7和栅电极8构成。衬底1具有支撑器件功能。纳米管道2两端分别连接进水水槽3和出水水槽4，其中进水水槽3和进水微管道5连接，用于溶液注入，出水水槽4和出水微管道6连接，用于经离子选择透过后的溶液流出。纳米管道2、进水水槽3和出水水槽4可通过刻蚀在衬底1上得到，也可以同进水微管道5、出水微管道6一起预先制备结构后沉积或键合到衬底1上。栅极绝缘层7选用具有绝缘金属氧化物，用于隔离栅电极8和纳米管道2。
栅电极8选用导电性好的金属(如金、银)沉积在栅极绝缘层7上，并连接外加电源，通过施加不同电压，能够改变对应的纳米管道管壁上的电势。在纳米限制效应下，如管壁电势为正，将限制管道内负离子的移动；反之，当管壁电势为负时，管道内正离子的移动将受到限制。在施加不同栅极电压后，溶液电导变化如图2中所示，表明栅极电压可以对纳米通道中的离子透过进行调控。由于该装置对离子调控是通过电压进行的，这一离子选择透过功能能够随时打开和关闭。
以上所述仅表达了本实用新型的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电压调控的溶液离子选择透过装置，其特征在于：包含衬底、纳米管道、水槽、微管道、栅极绝缘层和栅电极六个部分；所述纳米管道的两侧均连接有水槽，一侧水槽通过微管道注入溶液，经纳米管道选择透过离子后，从另一侧水槽及微管道流出；所述栅电极连接外加电源，用于调节栅极电压。
2.根据权利要求1所述的一种电压调控的溶液离子选择透过装置，其特征在于：所述衬底可以是硬质的载片，也可以是柔性的膜。
3.根据权利要求1所述的一种电压调控的溶液离子选择透过装置，其特征在于：所述纳米管道可以为在衬底表面选择刻蚀得到，也可以选用预制备好的管道沉积和键合到衬底上。
4.根据权利要求3所述的一种电压调控的溶液离子选择透过装置，其特征在于：所述纳米管道选用绝缘的硬质材料结构或绝缘的柔性材料结构。
5.根据权利要求1所述的一种电压调控的溶液离子选择透过装置，其特征在于：所述水槽可以为在衬底表面选择刻蚀得到，也可以选用预制备好的水槽沉积和键合到衬底上。
6.根据权利要求5所述的一种电压调控的溶液离子选择透过装置，其特征在于：所述水槽选用绝缘的硬质材料结构或绝缘的柔性材料结构。
7.根据权利要求1所述的一种电压调控的溶液离子选择透过装置，其特征在于：所述微管道选用绝缘的硬质材料结构或绝缘的柔性材料结构。
8.根据权利要求1所述的一种电压调控的溶液离子选择透过装置，其特征在于：所述栅极绝缘层可以选用不同金属氧化物。
9.根据权利要求1所述的一种电压调控的溶液离子选择透过装置，其特征在于：所述栅电极可以选用不同的导电性好的金属。
10.根据权利要求1所述的一种电压调控的溶液离子选择透过装置，其特征在于：所述栅电极选用单个栅电极、多个栅电极或背栅结构。
CN202122690803.2U 2021-11-04 2021-11-04 一种电压调控的溶液离子选择透过装置 Active CN216630348U (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202122690803.2U CN216630348U (zh) 2021-11-04 2021-11-04 一种电压调控的溶液离子选择透过装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202122690803.2U CN216630348U (zh) 2021-11-04 2021-11-04 一种电压调控的溶液离子选择透过装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN216630348U true CN216630348U (zh) 2022-05-31

Family

ID=81732791

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202122690803.2U Active CN216630348U (zh) 2021-11-04 2021-11-04 一种电压调控的溶液离子选择透过装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN216630348U (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Huang et al. Bioinspired ionic diodes: From unipolar to bipolar
Hou et al. Biomimetic smart nanopores and nanochannels
Xiao et al. Biomimetic solid‐state nanochannels: from fundamental research to practical applications
Macha et al. 2D materials as an emerging platform for nanopore-based power generation
Zhang et al. Bioinspired heterogeneous ion pump membranes: unidirectional selective pumping and controllable gating properties stemming from asymmetric ionic group distribution
Zhang et al. Synthetic Asymmetric‐Shaped Nanodevices with Symmetric pH‐Gating Characteristics
Ramirez et al. Pore structure and function of synthetic nanopores with fixed charges: tip shape and rectification properties
Yang et al. Microfluidic microbial fuel cells: from membrane to membrane free
Fu et al. An atomically-thin graphene reverse electrodialysis system for efficient energy harvesting from salinity gradient
WO2020024856A1 (zh) 薄膜晶体管及其制备方法、传感器
WO2018210239A1 (zh) 一种功能流体门控系统
JP2011007793A (ja) 表面電荷調整ナノチャネルに基づくナノ流体電界効果トランジスタの生成方法および該電界効果トランジスタ・デバイス
Cheng et al. Ionic transport and sieving properties of sub-nanoporous polymer membranes with tunable channel size
Yoon et al. Parylene C-coated PDMS-based microfluidic microbial fuel cells with low oxygen permeability
CN109482248A (zh) 一种基于纳米多孔薄膜的低压电渗泵
Yan et al. Ionic current rectification by laminated bipolar silica isoporous membrane
Cheng Electrokinetic ion transport in nanofluidics and membranes with applications in bioanalysis and beyond
Li et al. Unconventional dual ion selectivity determined by the forward side of a bipolar channel toward ion flux
Guo et al. Modification for uniform surface of nafion ultrathin film deposited by inkjet printing
Dong et al. Geometric Tailoring of Macroscale Ti3C2T x MXene Lamellar Membrane for Logic Gate Circuits
CN216630348U (zh) 一种电压调控的溶液离子选择透过装置
Wang et al. A method to tune the ionic current rectification of track-etched nanopores by using surfactant
US20200147559A1 (en) Boron-Nitride Nanotube Membranes
Yang et al. Nanochannels as molecular check valves
Han et al. High-efficiency power generation in hyper-saline environment using conventional nanoporous membrane

Legal Events

Date Code Title Description
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant