JP2021508784A - 多孔質アルミニウムマクロ、並びに、その製造システム及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、多孔質アルミニウムマクロ、及びその製造システムと方法を開示し、前記多孔質アルミニウムマクロは、中空アルミニウムワイヤーを接続して形成される３次元の完全な通孔の構造であり、前記中空アルミニウムワイヤーの肉厚は、７〜１００μｍであり、多孔質アルミニウムマクロの総空隙率は、８５〜９９％であり、引張強度は、０．４〜２ＭＰａであり、圧縮強度は、１〜３．５Ｍｐａである。前記製造システムは、マグネトロンスパッタリングサブシステム、高温アルミニウム蒸気サブシステム、低温アルミニウム堆積サブシステム、アルミニウム蒸気回収サブシステム、及び多孔質ポリウレタンフィルム伝送サブシステムを備える。前記製造方法は、最初にマグネトロンスパッタリング法によって多孔質ポリウレタンフィルムに厚さ１〜５００ｎｍのアルミニウム層を迅速にスパッタリングする。次に、それを低圧物理堆積装置に配置し、アルミニウム層を７〜１００μｍの厚さに堆積し続けながら、ポリウレタンフィルムをその場で分解して、多孔質アルミニウムマクロを取得する。この製品には、空隙率の調整が柔軟で高強度であるという利点があり、製造方法は短い製造時間を有し、多孔質ポリウレタンフィルムの要求が低く、前処理が必要せず、連続的な運転、低コストなどの利点がある。
【選択図】図１
【選択図】図１
Description
本発明は、電気化学エネルギー貯蔵、及び金属処理の技術分野に属し、特に、電気化学エネルギー貯蔵システムで使用される多孔質アルミニウム、並びに、その製造システムおよびその製造方法に関する。
現在、スーパーキャパシタや各種二次電池は、世界でクリーン電気化学エネルギー貯蔵の重要な研究分野であり、可逆的な充電と放電の特性を持っており、例えば、車両、クレーン、風力発電ブレード、各種回路スイッチ、各種電源などであるさまざまな動力機器を駆動するためのエネルギーを蓄える。スーパーキャパシタ、さまざまな二次電池、またはそれらの混合製品の共同構造の特性は、活物質、正極、負極、セパレータ、集電体を有している。従来の加工方法では、非多孔質で、平坦で、機械的に強く、導電性の良い金属箔（例えば、アルミニウム箔など）が、集電体（電流の収集）としてよく使用される。そして、デバイス内の活物質の質量占有率を可能な限り増加させて、活物質及び接着剤などは、ミキシングおよびロール転動方式によってマクロ表面に固定される。この方法は大規模な工業化を達成した。
しかし、スーパーキャパシタに使用される活物質は、多くの場合、さまざまな炭素または炭素材料である。二次電池用の活物質は、リチウムイオン電池を例にとると、多くの場合、さまざまな無機リチウム化合物である。同時に、セパレータ、電解質など、システムで使用される必要な要素の固有密度は、ほとんどが金属の固有密度よりも小さい。したがって、デバイスの質量エネルギー密度と体積エネルギー密度を追求する前提の下で、デバイス内の質量において従来の非多孔質のマクロの占有比が大きく示し、エネルギーの不利に寄与しない。同時に、従来の活物質を非多孔質金属マクロ構造に接着して加工する方法には、分解して回収するのが難しいという欠点があり、デバイスが廃棄された後に分解して回収するのも難しく、コスト削減や環境保護にも不利である。
アルミニウム集電体の重要性を考慮して、先行者は様々な多孔質アルミニウムマクロの製造方法を提案し、この方法には、ポリウレタンテンプレートを使用した電気メッキまたは物理的スパッタリングが含まれる。テンプレートを取り外した後、これらの多孔質中空アルミニウムマクロの空隙率は９７％に達して、導電率が非常に良好で、質量が非常に軽い。しかし、電気化学的アルミニウムめっき法は、アルミニウムイオンを含む液体などの高価な試薬を使用し、システムに何の水も含まないため、イオン液体の分解を避けて、ＡｌＣＬ３などの強い腐食性物質とＨＣｌなどの酸性ミストが形成される。多孔質ポリウレタンフィルムの水を除去するのにコストが増加される。単純な物理的スパッタリング法は、電気化学アルミニウムめっきの欠点を克服するが、その設備の体積が限られて、大面積のサンプルを同時にスパッタリングできず、同時に、アルミニウムの堆積速度が遅すぎてしまう。さらに、高温物理蒸気アルミニウムの工業的な方法があるが、高温アルミニウム蒸気は直接多孔質ポリウレタンフィルムを溶融させるため、適切なサンプルを得ることができない。
既存の方法の欠点を考慮して、本発明は、迅速な堆積を保証し、優れた電気化学の安定性、及び他の用途を維持する、多孔質アルミニウムマクロ、並びに、その製造システム及びその製造方法を提供する。
上記の目的を達成するために、本発明は以下の技術的解決策を採用する。
多孔質アルミニウムマクロであって、前記多孔質アルミニウムマクロは、中空アルミニウムワイヤーを接続して形成される３次元の完全な通孔の構造であり、前記中空アルミニウムワイヤーの肉厚は、７〜１００μｍであり、多孔質アルミニウムマクロの総空隙率は、８５〜９９％であり，引張強度は、０．４〜２ＭＰａであり、圧縮強度は、１〜３．５Ｍｐａであり、中空孔が閉じられて、外界と連通しない。
前記多孔質アルミニウムマクロの製造システムであって、前記製造システムは、１つのマグネトロンスパッタリングサブシステム１、１つの高温アルミニウム蒸気サブシステム２、１つの低温アルミニウム堆積サブシステム３、１つのアルミニウム蒸気回収サブシステム４、及び１本の多孔質ポリウレタンフィルム伝送サブシステム５を備え、前記多孔質ポリウレタンフィルム伝送サブシステム５は、マグネトロンスパッタリングサブシステムサブシステム１と低温アルミニウム堆積サブシステム３と互いに接続して、前記多孔質ポリウレタンフィルムの移動経路を形成し、前記高温アルミニウム蒸気サブシステム２、前記低温アルミニウム堆積サブシステム３、及び前記アルミニウム蒸気回収サブシステム４が互いに接続して、アルミニウム元素の供給、堆積、回収の経路を形成する。
前記低温アルミニウム堆積サブシステム３の後端には、前記多孔質ポリウレタンフィルム伝送サブシステム５の方向に近づいて酸素を含むガスを入れるための入り口が設けられ、アルミニウムが堆積するとともにアルミニウムの温度を利用して、前記多孔質ポリウレタンフィルムを完全に燃焼させ、前記多孔質ポリウレタンフィルムを前記低温アルミニウム堆積サブシステム３から取り出す場合、炭素元素を含まない。
前記酸素を含むガスは、２〜１０％の酸素を含む窒素またはアルゴンである。
前記低温アルミニウム堆積サブシステム３は、複数のアルミニウム堆積通路を有して、前記低温アルミニウム堆積サブシステム３が前記多孔質ポリウレタンフィルム伝送サブシステム５に向かって移動する前記多孔質アルミニウムフィルムを、酸素を含むガスに接触させ、前記多孔質ポリウレタンフィルム伝送サブシステム５から前記低温アルミニウム堆積サブシステム３に戻った前記多孔質アルミニウムフィルムを、酸素を含むガスに接触させない。
前記アルミニウム蒸気回収サブシステム４は、風誘発システムを備え、前記低温アルミニウム堆積サブシステム３中の不活性ガス、ポリマーを燃焼した排気ガス及びアルミニウム蒸気を含む混合ガスを、前記アルミニウム蒸気回収サブシステム４に導入させ、冷却によりアルミニウム蒸気が結露して固体になって、他の気体と分離した後、それぞれ前記高温アルミニウム蒸気サブシステム２に戻る。
前記高温アルミニウム蒸気サブシステム２は、外界のアルミニウム及び前記アルミニウム蒸気回収サブシステム４によって回収されたアルミニウムを、前記高温アルミニウム蒸気サブシステム２でアルミニウム蒸気に変更され、同時に前記アルミニウム蒸気回収サブシステム４に導入された混合ガスは、燃焼無害化処理されて排気ガスとなり、前記高温アルミニウム蒸気サブシステム２から送出される。
前記多孔質アルミニウムマクロの製造方法であって、前記製造方法は、以下のステップを備える。
（１）厚み０．５〜３０ｍｍ、幅１〜５００ｍｍ、アスペクト比４００：１〜４０００００：１の多孔質ポリウレタンフィルムを、前記多孔質ポリウレタンフィルム伝送サブシステム５の巻軸ａに巻かれて、１〜２０ｃｍ／ｍｉｎの速度で前記マグネトロンスパッタリングサブシステム１に送られ、２５〜５０℃で０．５〜５Ｐａの絶対圧力のアルゴン環境で、アルミニウムターゲットの表面電力を２〜１０Ｗ／ｃｍ２に制御し、前記多孔質ポリウレタンフィルムの一表面に、スパッタリングによりアルミニウム層が１〜５００ｎｍの厚さになるまで連続的に堆積される。
（２）前記高温アルミニウム蒸気サブシステム２が起動し、その内部の溶融プールでは常に６００〜８００℃でアルミニウム粒子を溶融し、不活性ガス窒素或いはアルゴンの存在下で、分圧が０．１〜１０％であるアルミニウム蒸気になり、不活性ガスは、前記アルミニウム蒸気を運んで、前記低温アルミニウム堆積サブシステム３に向かって移動する。
（３）前記マグネトロンスパッタリングサブシステム１から出したフィルムを、連続的に前記低温アルミニウム堆積サブシステム３に送り、前記低温アルミニウム堆積サブシステム３の温度を２００〜３００℃に設定し、前記アルミニウム蒸気が直接フィルムに堆積され、堆積時間を１〜３０分に制御する。
（４）前記低温アルミニウム堆積サブシステム３から取り出したアルミ蒸着フィルムは、前記多孔質ポリウレタンフィルム伝送サブシステム５の巻軸ｂに巻かれて、自動で裏返し、前記低温アルミニウム堆積サブシステム３及び前記マグネトロンスパッタリングサブシステム１へ順次に戻って、前記フィルムの上下両面に蒸着されたアルミニウムの厚みを均一にする。
（５）前記低温アルミニウム堆積サブシステム３の過剰なアルミニウム蒸気は、前記アルミニウム蒸気回収サブシステム４を介して、前記高温アルミニウム蒸気サブシステム２に戻って、アルミニウムと不活性ガスの再利用を実現する。
前記低温アルミニウム堆積サブシステム３から取り出したアルミニウムワイヤーは、中空構造であり、中空の孔は、全て外界の媒体に連通する。前記多孔質ポリウレタンフィルム伝送サブシステム５を介して前記低温アルミニウム堆積サブシステム３とマグネトロンスパッタリングサブシステム１に戻った後、アルミニウムワイヤーの直径が多くなり、全ての中空孔が閉じられて、外界と連通しない。
前記多孔質ポリウレタンフィルムは、ポリウレタン、ポリオレフィン、ＰＶＤＦフィルム、ＰＴＦＥフィルムを備えるが、それらに限定されない。
前記高温アルミニウム蒸気サブシステム２は、外界のアルミニウム及びアルミニウム蒸気回収サブシステム４によって回収されたアルミニウムを、前記高温アルミニウム蒸気サブシステム２で高温溶融方法によってアルミニウム蒸気に変更する。
本発明の有益な効果は、以下の通りである。
（１）純粋な化学メッキでアルミニウムを堆積させる方法と比較して、この方法は２０倍速く、コストは９０％低くなる。
（２）単純なスパッタリング技術と比較して、堆積速度が５倍速く、コストが５０％削減される。得られた製品と単純なスパッタリング法で堆積したアルミニウムがポリマーテンプレートを除去して得られた製品と比較すると、引張強度が５０〜８０％向上させている。サンプルの酸素含有量は５０％減少している。製造した多孔質アルミニウムマクロは、高空隙率、高強度の特徴を有する。
（３）単純な高温物理蒸着法と比較して、多孔質高分子ポリマーテンプレートに直接適用できないという問題を解決した。また、製品の表面仕上げは、単純な高温蒸着法よりも１０〜２０％高くなる。
（４）高温アルミニウム蒸気発生サブシステムの熱源と設備が効果的に使用したため、ポリマーテンプレートを削除するステップが２０％削減され、コストが５０％削減され、環境保護に有益である。
本発明は、図面および具体的な実施形態を参照して、以下でさらに詳細に説明される。
実施例１：
図１に示すように、厚み０．５ｍｍ、幅１ｍｍ、アスペクト比４０００００：１の多孔質ポリウレタンフィルムをサブシステム５の巻軸ａに巻かれて、１ｃｍ／ｍｉｎの速度でマグネトロンスパッタリングサブシステム１に送られ、２５°Ｃで５Ｐａの絶対圧力の不活性ガス（アルゴン）環境で、アルミニウムターゲットの表面電力を２Ｗ／ｃｍ２に制御し、多孔質ポリマーフィルムの一表面に、スパッタリングによりアルミニウム層が１ｎｍの厚さになるまで連続的に堆積される。高温アルミニウム蒸気サブシステム２が起動し、その内部の溶融プールでは常に６００℃でアルミニウム粒子を溶融し、不活性ガス（窒素）の存在下で、アルミニウム蒸気（分圧が０．１％である）になる。不活性ガスは、アルミニウム蒸気を運んで、低温アルミニウム堆積サブシステム３に向かって移動する。低温アルミニウム堆積サブシステム３の温度を２００°Ｃに設定し、マグネトロンスパッタリングサブシステム１から出したフィルムを、連続的に低温アルミニウム堆積サブシステム３に送り、アルミニウム蒸気が直接フィルムに堆積され、堆積時間を３０分に制御する。２％の酸素を含む窒素ガスが低温アルミニウム堆積サブシステム３の出口端に導入されて、ポリマー酸化を燃焼して除去し、アルミニウム蒸気回収サブシステム４のガス中の酸素含有量が１％未満になるように除去する。低温アルミニウム堆積サブシステム３から取り出したアルミ蒸着フィルムは、多孔質ポリウレタンフィルム伝送サブシステム５の巻軸ｂに巻かれて、自動で裏返し、低温アルミニウム堆積サブシステム３及びマグネトロンスパッタリングサブシステム１へ順次に戻って、フィルムの上下両面に蒸着されたアルミニウムの厚みを均一にする。中空アルミニウムワイヤーの肉厚は２０μｍであり、マクロの空隙率は９５％であり、引張強度は１ＭＰａであり、圧縮強度は１．５ＭＰａである。
低温アルミニウム堆積サブシステム３の過剰なアルミニウム蒸気、活性なキャリアガス、及びポリマーを除去したガスを、アルミニウム蒸気回収サブシステム４に導入されて、冷却と分離により、固体のアルミニウムとガス２つに分けられて、高温アルミニウム蒸気サブシステム２に戻り、回収されたアルミニウムは、原料アルミニウムとともに高温アルミニウム蒸気を生成する。ガスは処理により、排気ガスとして排出される。
実施例２：
図１に示すように、厚さ３０ｍｍ、幅５００ｍｍ、アスペクト比４００：１の多孔質ＰＶＤＦフィルムを、サブシステム５の巻軸ａに巻かれて、２０ｃｍ／ｍｉｎの速度でマグネトロンスパッタリングサブシステム１に送られ、５０℃で０．５Ｐａの絶対圧力の不活性ガス（アルゴン）環境で、アルミニウムターゲットの表面電力を１０Ｗ／ｃｍ２に制御し、多孔質ポリマーフィルムの一表面に、スパッタリングによりアルミニウム層が５００ｎｍの厚さになるまで連続的に堆積される。高温アルミニウム蒸気サブシステム２が起動し、その内部の溶融プールでは常に８００℃でアルミニウム粒子を溶融し、不活性ガス（窒素）の存在下で、アルミニウム蒸気（分圧が１０％である）になる。不活性ガスは、アルミニウム蒸気を運んで、低温アルミニウム堆積サブシステム３に向かって移動する。低温アルミニウム堆積サブシステム３の温度を３００℃に設定し、マグネトロンスパッタリングサブシステム１から出したフィルムを、連続的に低温アルミニウム堆積サブシステム３に送り、アルミニウム蒸気が直接フィルムに堆積され、堆積時間を１分に制御する。１０％の酸素を含む窒素ガスが低温アルミニウム堆積サブシステム３の出口端に導入されて、ポリマー酸化を燃焼して除去し、アルミニウム蒸気回収サブシステム４のガス中の酸素含有量が１％未満になるように除去する。低温アルミニウム堆積サブシステム３から取り出したアルミ蒸着フィルムは、多孔質ポリウレタンフィルム伝送サブシステム５の巻軸ｂに巻かれて、自動で裏返し、低温アルミニウム堆積サブシステム３及びマグネトロンスパッタリングサブシステム１へ順次に戻って、フィルムの上下両面に蒸着されたアルミニウムの厚みを均一にする。中空アルミニウムワイヤーの肉厚は１００μｍであり、マクロの空隙率は８５％であり、引張強度は２ＭＰａであり、圧縮強度は３．５ＭＰａである。
低温アルミニウム堆積サブシステム３の過剰なアルミニウム蒸気、活性なキャリアガス、及びポリマーを除去したガスを、アルミニウム蒸気回収サブシステム４に導入されて、冷却と分離により、固体のアルミニウムとガス２つに分けられて、高温アルミニウム蒸気サブシステム２に戻り、回収されたアルミニウムは、原料アルミニウムとともに高温アルミニウム蒸気を生成する。ガスは処理により、排気ガスとして排出される。
実施例３：
図１に示すように、厚み５ｍｍ、幅５０ｍｍ、アスペクト比４０００：１の多孔質ＰＴＦＥフィルムをサブシステム５の巻軸ａに巻かれて、１０ｃｍ／ｍｉｎの速度でマグネトロンスパッタリングサブシステム１に送られ、３８℃で２Ｐａの絶対圧力の不活性ガス（アルゴン）環境で、アルミニウムターゲットの表面電力を５Ｗ／ｃｍ２に制御し、多孔質ポリマーフィルムの一表面に、スパッタリングによりアルミニウム層が１００ｎｍの厚さになるまで連続的に堆積される。高温アルミニウム蒸気サブシステム２が起動し、その内部の溶融プールでは常に７００℃でアルミニウム粒子を溶融し、不活性ガス（窒素）の存在下で、アルミニウム蒸気（分圧が３％である）になる。不活性ガスは、アルミニウム蒸気を運んで、低温アルミニウム堆積サブシステム３に向かって移動する。低温アルミニウム堆積サブシステム３の温度を２５０℃に設定し、マグネトロンスパッタリングサブシステム１から出したフィルムを、連続的に低温アルミニウム堆積サブシステム３に送り、アルミニウム蒸気が直接フィルムに堆積され、堆積時間を１０分に制御する。５％の酸素を含む窒素ガスが低温アルミニウム堆積サブシステム３の出口端に導入されて、ポリマー酸化を燃焼して除去し、アルミニウム蒸気回収サブシステム４のガス中の酸素含有量が１％未満になるように除去する。低温アルミニウム堆積サブシステム３から取り出したアルミ蒸着フィルムは、多孔質ポリウレタンフィルム伝送サブシステム５の巻軸ｂに巻かれて、自動で裏返し、低温アルミニウム堆積サブシステム３及びマグネトロンスパッタリングサブシステム１へ順次に戻って、フィルムの上下両面に蒸着されたアルミニウムの厚みを均一にする。中空アルミニウムワイヤーの肉厚は７μｍであり、マクロの空隙率は９９％であり、引張強度は０．８ＭＰａであり、圧縮強度は１．２ＭＰａである。
低温アルミニウム堆積サブシステム３の過剰なアルミニウム蒸気、活性なキャリアガス、及びポリマーを除去したガスを、アルミニウム蒸気回収サブシステム４に導入されて、冷却と分離により、固体のアルミニウムとガス２つに分けられて、高温アルミニウム蒸気サブシステム２に戻り、回収されたアルミニウムは、原料アルミニウムとともに高温アルミニウム蒸気を生成する。ガスは処理により、排気ガスとして排出される。
実施例４：
図１に示すように、厚み１０ｍｍ、幅１００ｍｍ、アスペクト比９０００：１の多孔質ポリプロピレンフィルムをサブシステム５の巻軸ａに巻かれて、１０ｃｍ／ｍｉｎの速度でマグネトロンスパッタリングサブシステム１に送られ、４０℃で３Ｐａの絶対圧力の不活性ガス（アルゴン）環境で、アルミニウムターゲットの表面電力を７Ｗ／ｃｍ２に制御し、多孔質ポリマーフィルムの一表面に、スパッタリングによりアルミニウム層が２００ｎｍの厚さになるまで連続的に堆積される。高温アルミニウム蒸気サブシステム２が起動し、その内部の溶融プールでは常に７５０℃でアルミニウム粒子を溶融し、不活性ガス（窒素）の存在下で、アルミニウム蒸気（分圧が８％である）になる。不活性ガスは、アルミニウム蒸気を運んで、低温アルミニウム堆積サブシステム３に向かって移動する。低温アルミニウム堆積サブシステム３の温度を３００℃に設定し、マグネトロンスパッタリングサブシステム１から出したフィルムを、連続的に低温アルミニウム堆積サブシステム３に送り、アルミニウム蒸気が直接フィルムに堆積され、堆積時間を２分に制御する。１０％の酸素を含む窒素ガスが低温アルミニウム堆積サブシステム３の出口端に導入されて、ポリマー酸化を燃焼して除去し、アルミニウム蒸気回収サブシステム４のガス中の酸素含有量が１％未満になるように除去する。低温アルミニウム堆積サブシステム３から取り出したアルミ蒸着フィルムは、多孔質ポリウレタンフィルム伝送サブシステム５の巻軸ｂに巻かれて、自動で裏返し、低温アルミニウム堆積サブシステム３及びマグネトロンスパッタリングサブシステム１へ順次に戻って、フィルムの上下両面に蒸着されたアルミニウムの厚みを均一にする。中空アルミニウムワイヤーの肉厚は７０μｍであり、マクロの空隙率は９７％であり、引張強度は１．４ＭＰａであり、圧縮強度は２．５ＭＰａである。
低温アルミニウム堆積サブシステム３の過剰なアルミニウム蒸気、活性なキャリアガス、及びポリマーを除去したガスを、アルミニウム蒸気回収サブシステム４に導入されて、冷却と分離により、固体のアルミニウムとガス２つに分けられて、高温アルミニウム蒸気サブシステム２に戻り、回収されたアルミニウムは、原料アルミニウムとともに高温アルミニウム蒸気を生成する。ガスは処理により、排気ガスとして排出される。
実施例５：
図１に示すように、厚み２０ｍｍ、幅３００ｍｍ、アスペクト比４０００：１の多孔質ポリエチレンフィルムをサブシステム５の巻軸ａに巻かれて、２ｃｍ／ｍｉｎの速度でマグネトロンスパッタリングサブシステム１に送られ、２５℃で１Ｐａの絶対圧力の不活性ガス（アルゴン）環境で、アルミニウムターゲットの表面電力を４Ｗ／ｃｍ２に制御し、多孔質ポリマーフィルムの一表面に、スパッタリングによりアルミニウム層が１２０ｎｍの厚さになるまで連続的に堆積される。高温アルミニウム蒸気サブシステム２が起動し、その内部の溶融プールでは常に７８０℃でアルミニウム粒子を溶融し、不活性ガス（窒素）の存在下で、アルミニウム蒸気（分圧が０．４％である）になる。不活性ガスは、アルミニウム蒸気を運んで、低温アルミニウム堆積サブシステム３に向かって移動する。低温アルミニウム堆積サブシステム３の温度を２００℃に設定し、マグネトロンスパッタリングサブシステム１から出したフィルムを、連続的に低温アルミニウム堆積サブシステム３に送り、アルミニウム蒸気が直接フィルムに堆積され、堆積時間を２分に制御する。３．５％の酸素を含む窒素ガスが低温アルミニウム堆積サブシステム３の出口端に導入されて、ポリマー酸化を燃焼して除去し、アルミニウム蒸気回収サブシステム４のガス中の酸素含有量が１％未満になるように除去する。低温アルミニウム堆積サブシステム３から取り出したアルミ蒸着フィルムは、多孔質ポリウレタンフィルム伝送サブシステム５の巻軸ｂに巻かれて、自動で裏返し、低温アルミニウム堆積サブシステム３及びマグネトロンスパッタリングサブシステム１へ順次に戻って、フィルムの上下両面に蒸着されたアルミニウムの厚みを均一にする。中空アルミニウムワイヤーの肉厚は３５μｍであり、マクロの空隙率は８９％であり、引張強度は１．５ＭＰａであり、圧縮強度は３ＭＰａである。
低温アルミニウム堆積サブシステム３の過剰なアルミニウム蒸気、活性なキャリアガス、及びポリマーを除去したガスを、アルミニウム蒸気回収サブシステム４に導入されて、冷却と分離により、固体のアルミニウムとガス２つに分けられて、高温アルミニウム蒸気サブシステム２に戻り、回収されたアルミニウムは、原料アルミニウムとともに高温アルミニウム蒸気を生成する。ガスは処理により、排気ガスとして排出される。
Claims (10)
- 多孔質アルミニウムマクロであって、
前記多孔質アルミニウムマクロは、中空アルミニウムワイヤーを接続して形成される３次元の完全な通孔の構造であり、
前記中空アルミニウムワイヤーの肉厚は、７〜１００μｍであり、
多孔質アルミニウムマクロの総空隙率は、８５〜９９％であり、
引張強度は、０．４〜２ＭＰａであり、
圧縮強度は、１〜３．５Ｍｐａであり、
中空孔が閉じられて、外界と連通しないことを特徴とする多孔質アルミニウムマクロ。 - 請求項１に記載の多孔質アルミニウムマクロの製造システムであって、
前記製造システムは、１つのマグネトロンスパッタリングサブシステム１、１つの高温アルミニウム蒸気サブシステム２、１つの低温アルミニウム堆積サブシステム３、１つのアルミニウム蒸気回収サブシステム４、及び１本の多孔質ポリウレタンフィルム伝送サブシステム５を備え、
前記多孔質ポリウレタンフィルム伝送サブシステム５は、マグネトロンスパッタリングサブシステムサブシステム１と低温アルミニウム堆積サブシステム３と互いに接続して、前記多孔質ポリウレタンフィルムの移動経路を形成し、前記高温アルミニウム蒸気サブシステム２、前記低温アルミニウム堆積サブシステム３、及び前記アルミニウム蒸気回収サブシステム４が互いに接続して、アルミニウム元素の供給、堆積、回収の経路を形成することを特徴とする製造システム。 - 前記低温アルミニウム堆積サブシステム３の後端には、前記多孔質ポリウレタンフィルム伝送サブシステム５の方向に近づいて酸素を含むガスを入れるための入り口が設けられ、アルミニウムが堆積するとともにアルミニウムの温度を利用して、前記多孔質ポリウレタンフィルムを完全に燃焼させ、前記多孔質ポリウレタンフィルムを前記低温アルミニウム堆積サブシステム３から取り出す場合、炭素元素を含まないことを特徴とする請求項２に記載の製造システム。
- 前記低温アルミニウム堆積サブシステム３は、複数のアルミニウム堆積通路を有して、前記低温アルミニウム堆積サブシステム３が前記多孔質ポリウレタンフィルム伝送サブシステム５に向かって移動する前記多孔質アルミニウムフィルムを、酸素を含むガスに接触させ、前記多孔質ポリウレタンフィルム伝送サブシステム５から前記低温アルミニウム堆積サブシステム３に戻った前記多孔質アルミニウムフィルムを、酸素を含むガスに接触させないことを特徴とする請求項２に記載の製造システム。
- 前記アルミニウム蒸気回収サブシステム４は、風誘発システムを備え、前記低温アルミニウム堆積サブシステム３中の不活性ガス、ポリマーを燃焼した排気ガス及びアルミニウム蒸気を含む混合ガスを、前記アルミニウム蒸気回収サブシステム４に導入させ、冷却によりアルミニウム蒸気が結露して固体になって、他の气体と分離した後、それぞれ前記高温アルミニウム蒸気サブシステム２に戻ることを特徴とする請求項２に記載の製造システム。
- 前記高温アルミニウム蒸気サブシステム２は、外界のアルミニウム及び前記アルミニウム蒸気回収サブシステム４によって回収されたアルミニウムを、前記高温アルミニウム蒸気サブシステム２でアルミニウム蒸気に変更され、同時に前記アルミニウム蒸気回収サブシステム４に導入された混合ガスは、燃焼無害化処理されて排気ガスとなり、前記高温アルミニウム蒸気サブシステム２から送出されることを特徴とする請求項２に記載の製造システム。
- 請求項１に記載の多孔質アルミニウムマクロの製造方法であって、
前記製造方法は、
（１）厚み０．５〜３０ｍｍ、幅１〜５００ｍｍ、アスペクト比４００：１〜４０００００：１の多孔質ポリウレタンフィルムを、前記多孔質ポリウレタンフィルム伝送サブシステム５の巻軸ａに巻かれて、１〜２０ｃｍ／ｍｉｎの速度で前記マグネトロンスパッタリングサブシステム１に送られ、２５〜５０℃で０．５〜５Ｐａの絶対圧力のアルゴン環境で、アルミニウムターゲットの表面電力を２〜１０Ｗ／ｃｍ２に制御し、前記多孔質ポリウレタンフィルムの一表面に、スパッタリングによりアルミニウム層が１〜５００ｎｍの厚さになるまで連続的に堆積されるステップと、
（２）前記高温アルミニウム蒸気サブシステム２が起動し、その内部の溶融プールでは常に６００〜８００℃でアルミニウム粒子を溶融し、不活性ガス窒素或いはアルゴンの存在下で、分圧が０．１〜１０％であるアルミニウム蒸気になり、不活性ガスは、前記アルミニウム蒸気を運んで、前記低温アルミニウム堆積サブシステム３に向かって移動するステップと、
（３）前記マグネトロンスパッタリングサブシステム１から出したフィルムを、連続的に前記低温アルミニウム堆積サブシステム３に送り、前記低温アルミニウム堆積サブシステム３の温度を２００〜３００℃に設定し、前記アルミニウム蒸気が直接フィルムに堆積され、堆積時間を１〜３０分に制御するステップと、
（４）前記低温アルミニウム堆積サブシステム３から取り出したアルミ蒸着フィルムは、前記多孔質ポリウレタンフィルム伝送サブシステム５の巻軸ｂに巻かれて、自動で裏返し、前記低温アルミニウム堆積サブシステム３及び前記マグネトロンスパッタリングサブシステム１へ順次に戻って、前記フィルムの上下両面に蒸着されたアルミニウムの厚みを均一にするステップと、
（５）前記低温アルミニウム堆積サブシステム３の過剰なアルミニウム蒸気は、前記アルミニウム蒸気回収サブシステム４を介して、前記高温アルミニウム蒸気サブシステム２に戻って、アルミニウムと不活性ガスの再利用を実現するステップと、
を備えることを特徴とする製造方法。 - 前記低温アルミニウム堆積サブシステム３から取り出したアルミニウムワイヤーは、中空構造であり、中空の孔は、全て外界の媒体に連通し、
前記多孔質ポリウレタンフィルム伝送サブシステム５を介して前記低温アルミニウム堆積サブシステム３とマグネトロンスパッタリングサブシステム１に戻った後、アルミニウムワイヤーの直径が多くなり、全ての中空孔が閉じられて、外界と連通しないことを特徴とする請求項７に記載の製造方法。 - 前記多孔質ポリウレタンフィルムは、ポリウレタン、ポリオレフィン、ＰＶＤＦフィルム、ＰＴＦＥフィルムを備えるが、それらに限定されないことを特徴とする請求項７に記載の製造方法。
- 前記高温アルミニウム蒸気サブシステム２は、外界のアルミニウム及びアルミニウム蒸気回収サブシステム４によって回収されたアルミニウムを、前記高温アルミニウム蒸気サブシステム２で高温溶融方法によってアルミニウム蒸気に変更することを特徴とする請求項７に記載の製造方法。
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