納米篩復(fù)合物膜的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明針對(duì)一種納米篩復(fù)合物膜、一種制備納米篩復(fù)合物膜的方法、一種實(shí)施該方法的卷對(duì)卷式設(shè)備以及一種用于分離具有顆粒物的供料流的方法。本發(fā)明的納米篩復(fù)合物包括：承載在多孔聚合物膜基底上的無(wú)機(jī)納米篩層；以及在無(wú)機(jī)納米篩層和聚合物基底之間的金屬粘附層或襯層；其中，所述聚合物膜包括無(wú)機(jī)涂層，從而該聚合物載體被夾在無(wú)機(jī)涂層和無(wú)機(jī)篩層之間，并且其中通過(guò)掃描電子顯微鏡確定，所述無(wú)機(jī)納米篩層具有200nm或更小的平均孔隙直徑。
【專利說(shuō)明】納米篩復(fù)合物膜
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明針對(duì)一種納米篩復(fù)合物膜、一種制備納米篩復(fù)合物膜的方法、一種實(shí)施所述方法的卷對(duì)卷式設(shè)備(roll-to-roll apparatus)以及一種用于分離具有顆粒物的供料流的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]膜被廣泛地用在各種工業(yè)工藝中，例如流體過(guò)濾、氣體分離、空氣清潔、膜反應(yīng)器等領(lǐng)域中。通過(guò)協(xié)調(diào)膜的結(jié)構(gòu)形態(tài)和材料組成，其能夠適用于不同的目的。通常使用有機(jī)材料(例如，聚合物)和/或無(wú)機(jī)材料(例如，陶瓷)將膜制成多孔的或稠密的。穿過(guò)膜的滲透作用通?；谝蕾囉谀さ慕Y(jié)構(gòu)形態(tài)的孔隙擴(kuò)散現(xiàn)象或溶劑擴(kuò)散現(xiàn)象來(lái)起作用。
[0003]基于待分離的顆粒的各種特性(比如電荷、吸附性、大小、質(zhì)量等)可完成流體過(guò)濾，其中由于基于大小的過(guò)濾簡(jiǎn)單且有效，所以是最優(yōu)選的。通常，陶瓷膜(例如由氧化鋁制成)被最成功地用于過(guò)濾，但是陶瓷膜具有廣泛孔隙直徑分布的隨機(jī)孔隙度并且還具有多重扭曲且閉端的孔。
[0004]該問(wèn)題的解決方案是使用薄的且?guī)缀紊舷薅ǖ奶沾珊Y(微米篩或納米篩)，其具有預(yù)確定的大小分布和孔隙度的非扭曲穿孔。此外，它們還具有低至幾十納米的可控的均勻的厚度。
[0005]盡管能夠以各種方式來(lái)制造微米篩(通過(guò)約2?ΙΟμπι的孔隙直徑限定的孔隙大小)，納米篩(具有小于200nm的孔隙大小)的制造是非同小可的。微米篩和納米篩均可利用聚合物來(lái)制造(Vogelaar 等人.，Advanced Materials2003, 15 (16), 1385-1389 以及Vlassiouk 等人.,Proceedings of the National Academic Sciences of the UnitedStates of America2009, 106 (50)，21039-21044)，但是它們經(jīng)受在過(guò)濾工藝中使用的具體化學(xué)品的污染、溶脹以及非耐性(non-resistance)。此外，自立式聚合物納米篩需要具有微米級(jí)(或更厚)的厚度以具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，但是，該厚度增加了通過(guò)該納米篩的流動(dòng)阻力。
[0006]W0-A-2006/119915描述了一種承載在具有孔隙直徑為I?500 μ m的載體膜上的聚合物膜，該聚合物膜具有在0.1?IOOnm范圍內(nèi)的孔隙直徑。
[0007]另一方面，無(wú)機(jī)納米篩膜不具有上述不足。它們可被制成非常薄、堅(jiān)固以及具有化學(xué)穩(wěn)定性。目前，無(wú)機(jī)納米篩的制造受到清潔室工藝的基于微加工的硅晶片的限制，這就使得無(wú)機(jī)納米篩的制造是昂貴的且因此阻礙了它的廣泛應(yīng)用。對(duì)于工業(yè)規(guī)模的無(wú)機(jī)納米篩生產(chǎn)重要的是成本的降低以使其應(yīng)用范圍更加廣泛。
[0008]US-A-5968326描述了一種復(fù)合物膜，該復(fù)合物膜包括在陽(yáng)離子選擇性有機(jī)聚合物膜基底上的無(wú)機(jī)離子導(dǎo)電層。用于無(wú)機(jī)離子導(dǎo)電層的可能的材料，該文獻(xiàn)提及了沸石類(zeolites)。
[0009]US-A-2005/0070193描述了一種具有多重通路(opening)以及具有陶瓷多孔涂層的片狀柔性無(wú)紡基底。該文獻(xiàn)進(jìn)一步描述了對(duì)該無(wú)紡基底預(yù)涂覆具有金屬氧化物或硅烷粘合促進(jìn)劑的可能性。
[0010]US-A-2009/0069616描述了包括在聚合物載體上的分子篩的復(fù)合物膜。該載體可具有在2?lOOnm，優(yōu)選在20?50nm范圍內(nèi)的孔隙或通路。
[0011]EP-A-1611941描述了一種用于過(guò)濾液體的在載體上的膜。該文獻(xiàn)的公開(kāi)受到具有非多孔板的帶狀的載體結(jié)構(gòu)的限制。此外，該文獻(xiàn)的膜需要封裝無(wú)機(jī)膜和載體的保護(hù)層。
[0012]這在本領(lǐng)域仍然需要能夠?qū)⒓{米篩成功地用于過(guò)濾并且能夠簡(jiǎn)單地生產(chǎn)納米篩。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0013]本發(fā)明的目的是提供一種納米篩，該納米篩克服了在現(xiàn)有技術(shù)中遇到的至少部分問(wèn)題。
[0014]本發(fā)明的另一目的是提供一種具有聚合物膜載體的納米篩復(fù)合物，該聚合物膜載體用于防止劣化(例如在腐蝕性流體中)。
[0015]本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通過(guò)承載在經(jīng)保護(hù)的多孔聚合物載體上的無(wú)機(jī)納米篩層能夠至少部分地滿足一個(gè)或多個(gè)上述目的。
[0016]因此，在第一方面中，本發(fā)明針對(duì)一種納米篩復(fù)合物，該納米篩復(fù)合物包括:承載在多孔聚合物膜基底上的無(wú)機(jī)納米篩層；以及在所述無(wú)機(jī)納米篩層和所述聚合物基底之間的粘附層或襯層，其中，所述聚合物膜包括無(wú)機(jī)涂層，從而該聚合物載體被夾在所述無(wú)機(jī)涂層和所述無(wú)機(jī)篩層之間，并且其中通過(guò)掃描電子顯微鏡確定，所述無(wú)機(jī)納米篩層具有200nm或更小的平均孔隙直徑。
[0017]本發(fā)明的納米篩復(fù)合物提供一種承載在大孔聚合物膜上的具有幾何學(xué)上圖案的無(wú)機(jī)薄納膜納米篩。為了防止聚合物載體被腐蝕性流體滲透納米孔而劣化，該聚合物載體在無(wú)機(jī)納米篩層和聚合物基底之間被提供有金屬粘附層或襯層。該粘附層或襯層可僅存在于無(wú)機(jī)納米篩層的承載側(cè)。盡管無(wú)機(jī)夾層(也就是，粘附層或襯層)增加了粘附性，其還用于防止聚合物載體劣化的目的。
[0018]本發(fā)明的無(wú)機(jī)物-聚合物-無(wú)機(jī)物夾層設(shè)計(jì)將無(wú)機(jī)納米結(jié)構(gòu)薄膜的優(yōu)點(diǎn)(例如精確的孔隙限定、超薄的選擇性層、納米尺度的堅(jiān)固性以及化學(xué)惰性)和聚合物載體膜的優(yōu)點(diǎn)(例如柔性、可軋制性、廉價(jià)以及工業(yè)規(guī)模性)結(jié)合在一起。因此，納米篩復(fù)合物不僅僅用于空氣過(guò)濾，還用于液體過(guò)濾工藝。
[0019]無(wú)機(jī)納米篩層可為陶瓷納米篩層。合適的陶瓷材料包括氮化硅(Si3N4)、SiOjPAl2O30無(wú)機(jī)納米篩層還可為包括由鉻、銅、錫、鎳和鋁組成的組中一種或多種的金屬(或合金)的納米篩。
[0020]通過(guò)掃描電子顯微鏡確定，無(wú)機(jī)納米篩層(在基底側(cè))的平均孔隙直徑為200nm或更小，例如150nm或更小，優(yōu)選IOOnm或更小。從實(shí)際的角度出發(fā)，納米篩的平均孔隙大小優(yōu)選地為Inm或更大，例如2nm或更大，或5nm或更大。用于測(cè)量平均孔隙直徑的其它方法包括泡沫孔隙度測(cè)定法。
[0021]適宜地，無(wú)機(jī)納米篩層被用作在聚合物膜載體上的薄膜。例如無(wú)機(jī)納米篩層可具有在10?200nm范圍，例如在20?150nm范圍或在50?IOOnm范圍內(nèi)的厚度。本申請(qǐng)中限定的層厚度可通過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的包括DekTak輪廓測(cè)定法或HR-SEM (高分辨掃描電子顯微鏡)的技術(shù)來(lái)確定。[0022]適宜地，聚合物膜載體可為聚合物載體。用于聚合物膜的合適的材料包括聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亞胺或任何其它聚合物，以及它們的任何的混合物。為了提供足夠的機(jī)械承載，聚合物膜載體通常具有至少I Pm的厚度，優(yōu)選至少2 μ m更優(yōu)選至少5 μ m的厚度。從實(shí)際的角度出發(fā)，并不期望使用具有厚度大于100 μ m的聚合物膜載體。有利地，該采用的聚合物膜載體可源自于聚合物薄片或聚合物片(web)。
[0023]聚合物膜載體是多孔的。通過(guò)泡沫孔隙度測(cè)定法確定，多孔聚合物膜的平均孔隙直徑適宜地可在I?20 μ m的范圍內(nèi)，例如在2?10 μ m的范圍內(nèi)?？商娲?或除了孔隙之外)，聚合物載體可具有周期性凹槽或通道。在聚合物膜載體具有凹槽或通道的情況下，優(yōu)選地,平均凹槽或通道寬度在I?20 μ m的范圍內(nèi)，例如在2?10 μ m的范圍內(nèi)。
[0024]在本發(fā)明的納米篩復(fù)合物中的聚合物膜載體進(jìn)一步包括無(wú)機(jī)涂層。在具體實(shí)施例中，聚合物膜載體被夾在無(wú)機(jī)層之間。該無(wú)機(jī)涂層可與聚合物膜載體直接接觸。在實(shí)施例中，在涂層已經(jīng)施加后，所述無(wú)機(jī)涂層的覆蓋使得基本上沒(méi)有聚合物膜的表面被暴露。這并不是必須意味著無(wú)機(jī)涂層整體覆蓋該聚合物膜。粘附層或襯層將覆蓋未被無(wú)機(jī)涂層覆蓋的無(wú)機(jī)膜的部分。
[0025]無(wú)機(jī)涂層可具有I?200nm范圍內(nèi)的厚度,例如5?150nm或10?IOOnm的厚度。這些厚度適用于為聚合物膜提供足夠的保護(hù)。
[0026]適宜地，無(wú)機(jī)涂層的材料與無(wú)機(jī)納米篩層的材料相同。因此，在優(yōu)選的實(shí)施例中，無(wú)機(jī)涂層為陶瓷涂層，例如氮化硅涂層?？杀挥糜跓o(wú)機(jī)涂層的其它材料包括金屬或合金。因此，無(wú)機(jī)涂層也可包括選自由鉻、銅、錫、鎳和鋁組成的組中的一種或多種。
[0027]本發(fā)明的納米篩復(fù)合物進(jìn)一步包括在無(wú)機(jī)納米篩層和聚合物膜載體之間的粘附層或襯層。該層可用于促進(jìn)無(wú)機(jī)納米篩層在聚合物膜載體上(優(yōu)選地為有機(jī)的)的粘附和/或?qū)酆衔锬ぽd體提供額外的保護(hù)(例如抗腐蝕性流體)。術(shù)語(yǔ)“粘附層”和“襯層”是熟知的，指的是本領(lǐng)域中相似的層并且在本申請(qǐng)中可交換使用。
[0028]適宜地，粘附層或襯層為金屬層。粘附層或襯層可包括選自由鉭、鉻、鈦和鑰組成的組中的一種或多種。該粘附層或襯層可用于防護(hù)的目的。
[0029]粘附層或襯層可具有在I?IOOnm范圍內(nèi)，例如2?70nm范圍內(nèi)或5?50nm范
圍內(nèi)的層厚度。
[0030]優(yōu)選地，本發(fā)明的納米篩復(fù)合物是柔性的。在本申請(qǐng)中所用的術(shù)語(yǔ)“柔性”是指有彈性的或彎曲的能力而不會(huì)永久地變形或斷裂。有利地，這就允許了在卷對(duì)卷式制造工藝中加工或滾壓復(fù)合物的納米篩。
[0031]在實(shí)施例中，本發(fā)明的納米篩復(fù)合物是透明的。優(yōu)選地，本發(fā)明的納米篩復(fù)合物對(duì)于紫外光輻射是透明的。該實(shí)施例在納米篩復(fù)合物被用于生物過(guò)濾的應(yīng)用中是高度有利的。經(jīng)過(guò)濾的微生物可隨后被紫外光輻射處理殺死。
[0032]在另一方面中，本發(fā)明針對(duì)一種用于制備納米篩復(fù)合物，優(yōu)選如上文所限定的納米篩復(fù)合物的方法，，所述方法包括以下步驟(優(yōu)選地，以指定的順序):
[0033]a)提供聚合物基底；
[0034]b)在所述聚合物基底上沉積金屬粘附層或襯層；
[0035]c)在所述聚合物基底上或在所述粘附層或襯層上沉積第一層無(wú)機(jī)材料；[0036]d)對(duì)所述聚合物基底進(jìn)行穿孔；
[0037]e)去除所述粘附層或襯層的經(jīng)暴露的部分；
[0038]f)在所述經(jīng)穿孔的聚合物上的所述第一層無(wú)機(jī)材料的相反面上沉積第二層無(wú)機(jī)材料；
[0039]g)在所述第一層無(wú)機(jī)材料上涂覆光刻膠；
[0040]h)在所述光刻膠上產(chǎn)生納米篩圖案；
[0041]i)將所述納米篩圖案轉(zhuǎn)移至所述無(wú)機(jī)層中；以及
[0042]j)去除光刻膠。
[0043]非多孔聚合物薄片可用作聚合物基基底。該聚合物材料可如下文中所限定的?？蛇x地，在聚合物基底上沉積粘附層或襯層。例如，粘附層或襯層通過(guò)蒸鍍技術(shù)可沉積在聚合物基底上。
[0044]在步驟c)中，在聚合物基底上沉積第一層無(wú)機(jī)材料，或可替代地，在可選的粘附層或襯層上沉積第一層無(wú)機(jī)材料。適宜地，可包括氣相沉積技術(shù)(包括物理氣相沉積和化學(xué)氣相沉積)，例如等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積。等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積具有的優(yōu)勢(shì)是可采用約100° C的相對(duì)較低的處理溫度。
[0045]在步驟d)中，可通過(guò)激光燒蝕，例如脈沖激光燒蝕來(lái)實(shí)施聚合物基底的穿孔。根據(jù)該步驟，聚合物基底呈現(xiàn)出多孔。聚合物基底的穿孔可能產(chǎn)生具有孔、槽和/或通道的聚合物基底。
[0046]在可選步驟e)中，在聚合物穿孔之后，去除粘附層或襯層的暴露的部分(在聚合物基底側(cè))。實(shí)際上，可在單一步驟中例如通過(guò)激光燒蝕實(shí)施步驟d)和步驟e)。可替代地，通過(guò)蝕刻步驟，例如等離子蝕刻可去除粘附層或襯層的一部分。優(yōu)選地，在可選步驟e)中，通過(guò)去除聚合物穿孔而去除粘附層或襯層暴露的部分。在優(yōu)選的實(shí)施例中，在步驟e)中去除粘附層或襯層的整個(gè)暴露的部分。
[0047]在實(shí)施例中，在對(duì)聚合物進(jìn)行穿孔之后，將可選的粘附層施加在經(jīng)穿孔的聚合物上。隨后，去除經(jīng)穿孔的聚合物中的粘附層的一部分以使得在聚合物穿孔中的第一層無(wú)機(jī)
材料暴露。
[0048]在本方法的步驟f)中，第二層無(wú)機(jī)材料被沉積在所述經(jīng)穿孔的聚合上的第一層無(wú)機(jī)材料的相反面上。有利地，在步驟c)和步驟f)中可沉積相同類型的無(wú)機(jī)材料。步驟f)中的無(wú)機(jī)材料的沉積能夠再次利用氣相沉積技術(shù)(包括物理氣相沉積和化學(xué)氣相沉積)，例如等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積來(lái)合適地進(jìn)行。
[0049]光刻膠被施加在第一層無(wú)機(jī)材料上。光刻膠為光刻領(lǐng)域中熟知的各種類型的合適的光刻膠?？刹捎谜怨饪棠z和負(fù)性光刻膠。優(yōu)選地，光刻膠為紫外敏感抗蝕劑。用于將光刻膠施加在第一層無(wú)機(jī)材料上的合適的技術(shù)為通過(guò)鍍膜裝置(例如狹縫擠壓涂覆器)的涂覆。然而，利用印刷工藝也可施加光刻膠。通常，光刻膠層的厚度在50?500nm的范圍內(nèi)，例如在100?300nm的范圍內(nèi)或在150?250nm的范圍內(nèi)。
[0050]在光刻膠已經(jīng)被施加到第一層無(wú)機(jī)材料上后，在光刻膠上產(chǎn)生納米篩圖案。例如，這可通過(guò)光刻技術(shù)，例如納米壓印技術(shù)或激光干涉光刻來(lái)完成。
[0051]此后，在步驟i)中，所產(chǎn)生的納米篩圖案被轉(zhuǎn)移至第一層無(wú)機(jī)材料中。用于實(shí)施該步驟的合適的技術(shù)為蝕刻，例如等離子蝕刻和/或化學(xué)蝕刻。例如，等離子蝕刻可涉及cf4+o2混合模式等離子。
[0052]通過(guò)將納米篩圖案轉(zhuǎn)移到第一層無(wú)機(jī)材料中，可去除光刻膠。還可利用等離子技術(shù)，例如O2等離子來(lái)完成該步驟。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0053]通過(guò)圖1進(jìn)一步闡述本發(fā)明的方法，圖1示出了用于制備納米篩復(fù)合物的本發(fā)明的方法的二維橫截面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0054]在用于制備納米篩復(fù)合物的替代方法中，改變方法步驟的順序。該替代方法依次包括:
[0055]a)提供聚合物基底；
[0056]b)在所述聚合物基底上沉積金屬粘附層或襯層；
[0057]c)在所述聚合物基底上或在所述粘附層或襯層上沉積第一層無(wú)機(jī)材料；
[0058]g)在所述第一層無(wú)機(jī)材料上涂覆光刻膠；
[0059]h)在所述光刻膠上產(chǎn)生納米篩圖案；
[0060]i)將所述納米篩圖案轉(zhuǎn)移至所述無(wú)機(jī)層中；
[0061]j)去除光刻膠；
[0062]d)對(duì)所述聚合物基底進(jìn)行穿孔；
[0063]e)去除所述粘附層或襯層(在基底面)的經(jīng)暴露的部分；以及
[0064]f)在所述經(jīng)穿孔的聚合物上的所述第一層無(wú)機(jī)材料的相反面上沉積第二層無(wú)機(jī)材料。
[0065]有利地，利用卷對(duì)卷方法能夠完成這些方法。這就允許簡(jiǎn)單且快速地制造本發(fā)明的納米篩復(fù)合物。此外，該方法使得能夠大規(guī)模生產(chǎn)。
[0066]在另一方面中，本發(fā)明針對(duì)于一種用于制造復(fù)合納米篩膜的設(shè)備，優(yōu)選地，通過(guò)本發(fā)明的方法制造復(fù)合納米篩膜的設(shè)備。
[0067]本發(fā)明的設(shè)備包括:
[0068]-用于沿供應(yīng)方向供應(yīng)連續(xù)基底片，例如聚合物基底的基底供應(yīng)源；
[0069]-在基底供應(yīng)源的下游的第一沉積單元，所述第一沉積單元用于當(dāng)所述基底沿所述供應(yīng)方向穿過(guò)所述單元時(shí)，在所述基底的第一表面上沉積第一層無(wú)機(jī)材料；
[0070]-被提供在所述第一沉積單元下游的激光燒蝕器，所述激光燒蝕器面向所述基底的第二表面、與所述第一表面相反地布置，所述激光燒蝕器設(shè)置用于去除所述基底材料的至少一部分；
[0071]-在所述基底供應(yīng)源下游的至少一個(gè)另一沉積單元，所述另一沉積單元用于當(dāng)所述基底沿所述供應(yīng)方向穿過(guò)所述另一配置(provision)時(shí)，在所述基底的第二表面上沉積第二層無(wú)機(jī)材料；
[0072]-分別提供在所述第一沉積單元或所述第二沉積單元下游的涂覆裝置，例如狹縫涂覆裝置(slot-die coating device),所述涂覆裝置用于在所述第一基底表面或第二基底表面上涂覆光刻膠；[0073]-布置在所述涂覆裝置下游的壓印裝置，所述壓印裝置用于將納米篩圖案壓印到所述光刻膠層中；以及
[0074]-布置在所述壓印裝置下游的蝕刻裝置，所述蝕刻裝置用于將所述納米篩圖案從所述光刻膠層轉(zhuǎn)移到所述無(wú)機(jī)層中。
[0075]第一沉積單元能夠?qū)⒌谝粚訜o(wú)機(jī)材料沉積在基底的表面上，同時(shí)，另一沉積單元能夠?qū)⒌诙訜o(wú)機(jī)材料沉積在基底的相反表面上。這就允許了在基底的兩個(gè)表面上通過(guò)無(wú)機(jī)材料來(lái)保護(hù)該基底。
[0076]該設(shè)備可包括布置在第一或第二沉積單元的上游的第三沉積單元，例如，蒸鍍機(jī)，其用于在第一基底表面或第二基底表面上施加所述無(wú)機(jī)材料層之前，在所述第一基底表面或所述第二基底表面上施加薄金屬層。例如，如本文所述，該薄金屬層可為粘附層或襯層?？商娲兀部赏ㄟ^(guò)第一沉積單元來(lái)施加粘附層。
[0077]優(yōu)選地，該設(shè)備為卷對(duì)卷式設(shè)備，其中，該設(shè)備包括基底復(fù)卷系統(tǒng)，所述基底復(fù)卷系統(tǒng)用于復(fù)卷經(jīng)加工的基底，其中，所述基底供應(yīng)源和所述基底接收器均包括用于可轉(zhuǎn)動(dòng)的保持連續(xù)基底片的滾軸(roll)的框架(frame)。
[0078]圖2中示出了這種卷對(duì)卷式設(shè)備的實(shí)例。在該實(shí)例中，退卷系統(tǒng)I提供連續(xù)聚合物基底片。該聚合物基底片穿過(guò)蒸鍍機(jī)2，該蒸鍍機(jī)2能夠在聚合物基底片的頂部蒸鍍薄(例如約ΙΟμπι厚)的金屬(例如鉭)層。該片隨后穿過(guò)等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)3，在等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)3中，可沉積無(wú)機(jī)(例如陶瓷)層。隨后，利用脈沖激光源4燒蝕片的背面以在聚合物片上形成凹槽或通道。在該燒蝕期間，去除通過(guò)貫穿孔(vias)(停留在無(wú)機(jī)層上)暴露的區(qū)域中的金屬層?？蛇x地，通過(guò)等離子蝕刻也可去除類似鉭的金屬。隨后，利用另一等離子增強(qiáng)氣相沉積系統(tǒng)5在該片的背面沉積第二無(wú)機(jī)層(例如陶瓷層)。然后，使用狹縫擠壓涂覆器6 (或任何其他合適的涂覆裝置或印刷裝置)以將紫外光敏感抗蝕劑涂覆在該片上，在此之后，完成滾動(dòng)納米壓印光刻技術(shù)7以在抗蝕劑層上生成納米篩圖案。隨后，利用等離子蝕刻8將納米篩圖案轉(zhuǎn)移至氮化硅層中，并且在氧等離子體中剝離抗蝕劑。最后，利用復(fù)卷系統(tǒng)9復(fù)卷經(jīng)加工的聚合物片。
[0079]有利地，本發(fā)明的納米篩復(fù)合物可被用于過(guò)濾工藝，例如空氣/氣體過(guò)濾工藝，或液體過(guò)濾工藝中。具體地，本發(fā)明的納米篩復(fù)合物適用于液體過(guò)濾工藝。
[0080]因此，在另一方面中，本發(fā)明針對(duì)于一種分離具有顆粒物的供料流的方法，該方法包括，使得所述供料流穿過(guò)本發(fā)明的納米篩復(fù)合物。
[0081]當(dāng)含有污染物的供料流穿過(guò)本發(fā)明的納米篩復(fù)合物時(shí)，滲透(或?yàn)V液)流將透過(guò)納米篩復(fù)合物，而含有不能透過(guò)納米篩的污染物的滲余物將保留在納米篩復(fù)合物的供給側(cè)。由于聚合物膜載體的柔性，其可優(yōu)選地提供有用于進(jìn)一步承載的大孔剛性表面。
[0082]聚合物膜載體的具體選擇進(jìn)一步允許了雙重分離。例如，無(wú)機(jī)納米篩層提供了大小篩選，而聚合物膜載體提供了基于大小、親水性、電荷等的篩選。這種雙重分離對(duì)于降低分離工藝中的步驟的數(shù)目是有利的。
【權(quán)利要求】
1.一種納米篩復(fù)合物，包括:承載在多孔聚合物膜基底上的無(wú)機(jī)納米篩層；以及在所述無(wú)機(jī)納米篩層和所述聚合物基底之間的粘附層或襯層，其中，所述聚合物膜包括無(wú)機(jī)涂層，從而該聚合物載體被夾在所述無(wú)機(jī)涂層和所述無(wú)機(jī)篩層之間，并且其中通過(guò)掃描電子顯微鏡確定，所述無(wú)機(jī)納米篩層具有200nm或更小的平均孔隙直徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米篩復(fù)合物，其中，所述無(wú)機(jī)涂層的覆蓋使得基本上沒(méi)有所述聚合物膜的表面被暴露。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的納米篩復(fù)合物，其中，所述無(wú)機(jī)涂層具有在I至200nm范圍內(nèi)的厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的納米篩復(fù)合物，其中，所述無(wú)機(jī)涂層具有在5至150nm范圍內(nèi)的厚度，或具有在10至IOOnm范圍內(nèi)的厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的納米篩復(fù)合物，其中，所述粘附層或襯層具有在I至IOOnm范圍內(nèi)的厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的納米篩復(fù)合物，其中，所述粘附層具有在2至70nm范圍內(nèi)的厚度，或具有在5至50nm范圍內(nèi)的厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的納米篩復(fù)合物，其中，通過(guò)掃描電子顯微鏡確定，所述多孔聚合物膜具有在I至20 μ m范圍內(nèi)的平均孔隙直徑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的納米篩復(fù)合物，其中，通過(guò)掃描電子顯微鏡確定，所述多孔聚合物膜具有在2至10 μ m范圍內(nèi)的平均孔隙直徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的納米篩復(fù)合物，其中，所述聚合物膜基底具有在I至100 μ m范圍內(nèi)的厚度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的納米篩復(fù)合物，其中，所述聚合物膜基底具有在20至70 μπι范圍內(nèi)，優(yōu)選在40至50 μ m范圍內(nèi)的厚度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的納米篩復(fù)合物，其中，所述無(wú)機(jī)納米篩層具有在10至200nm范圍內(nèi)的厚度。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的納米篩復(fù)合物，其中，所述無(wú)機(jī)納米篩層具有例如在20至IOOnm范圍內(nèi)，優(yōu)選在30至70nm范圍內(nèi)的厚度。
13.一種制備優(yōu)選根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的納米篩復(fù)合物的方法，依次包括: a)提供聚合物基底； b)在所述聚合物基底上沉積金屬粘附層或襯層； c)在所述聚合物基底上或在所述粘附層或襯層上沉積第一層無(wú)機(jī)材料； d)對(duì)所述聚合物基底進(jìn)行穿孔； e)去除所述粘附層的經(jīng)暴露的部分； f)在所述經(jīng)穿孔的聚合物上的所述第一層無(wú)機(jī)材料的相反面上沉積第二層無(wú)機(jī)材料； g)在所述第一層無(wú)機(jī)材料上涂覆光刻膠； h)在所述光刻膠上產(chǎn)生納米篩圖案； i)將所述納米篩圖案轉(zhuǎn)移至所述無(wú)機(jī)層中；以及 j)去除光刻膠。
14.一種制備優(yōu)選根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的納米篩復(fù)合物的方法，依次包括: a)提供聚合物基底； b)在所述聚合物基底上沉積金屬粘附層或襯層； c)在所述聚合物基底上或在所述粘附層或襯層上沉積第一層無(wú)機(jī)材料； g)在所述第一層無(wú)機(jī)材料上涂覆光刻膠； h)在所述光刻膠上產(chǎn)生納米篩圖案； i)將所述納米篩圖案轉(zhuǎn)移至所述無(wú)機(jī)層中； j)去除光刻膠； d)對(duì)所述聚合物基底進(jìn)行穿孔； e)去除所述粘附層的經(jīng)暴露的部分；以及 f)在所述經(jīng)穿孔的聚合物上的所述第一層無(wú)機(jī)材料的相反面上沉積第二層無(wú)機(jī)材料。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的方法，其中，步驟b)包括物理氣相沉積。
16.根據(jù)權(quán)利要求13至15中任一項(xiàng)所述的方法，其中，步驟c)和/或f)包括化學(xué)氣相沉積。
17.根據(jù)權(quán)利要求13至16中任一項(xiàng)所述的方法，其中，步驟d)和/或e)包括激光燒蝕。
18.根據(jù)權(quán)利要求13至17中任一項(xiàng)所述的方法，其中，步驟h)包括壓印光刻技術(shù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求13至18中任一項(xiàng)所述的方法，和/或其中，步驟i)和/或j)包括蝕刻。
20.根據(jù)權(quán)利要求13至19中任一項(xiàng)所述的方法，所述方法在輥對(duì)輥制備方法中完成。
21.一種優(yōu)選通過(guò)實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求13至20中任一項(xiàng)所述的方法來(lái)制造復(fù)合納米篩膜的設(shè)備，所述設(shè)備包括: -用于沿供應(yīng)方向供應(yīng)連續(xù)基底片，例如聚合物基底的基底供應(yīng)源； -在所述基底供應(yīng)源下游的第一沉積單元，所述第一沉積單元用于當(dāng)所述基底沿所述供應(yīng)方向穿過(guò)所述單元時(shí)，在所述基底的第一表面上沉積第一層無(wú)機(jī)材料； -被提供在所述第一沉積單元下游的激光燒蝕器，所述激光燒蝕器面向所述基底的第二表面、與所述第一表面相反地布置，所述激光燒蝕器設(shè)置用于去除所述基底材料的至少一部分； -在所述基底供應(yīng)源下游的至少一個(gè)另一沉積單元，所述另一沉積單元用于當(dāng)所述基底沿所述供應(yīng) 方向穿過(guò)所述另一配置時(shí)，在所述基底的第二表面上沉積第二層無(wú)機(jī)材料； -分別提供在所述第一沉積單元或所述第二沉積單元下游的涂覆裝置，例如狹縫涂覆裝置，所述涂覆裝置用于在所述第一基底表面和第二基底表面上涂覆光刻膠； -布置在所述涂覆裝置下游的壓印裝置，所述壓印裝置用于將納米篩圖壓印到所述光刻膠層中；以及 -布置在所述壓印裝置下游的蝕刻裝置，所述蝕刻裝置用于將所述納米圖案從所述光刻膠層轉(zhuǎn)移到所述無(wú)機(jī)層中。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中，所述設(shè)備包括布置在所述第一積單元或所述第二沉積單元下游的第三沉積單元，例如蒸鍍機(jī)，所述第三沉單元用于在所述第一基底表面或所述第二基底表面上施加所述無(wú)機(jī)材料層前，在所述第一基底表面或所述第二基底表面上施加薄金屬層。
23.根據(jù)權(quán)利要求21或22所述的設(shè)備，其中，所述設(shè)備為卷對(duì)卷式設(shè)其中所述設(shè)備包括基底復(fù)卷系統(tǒng)，所述基底復(fù)卷系統(tǒng)用于復(fù)卷經(jīng)加工的基底其中，所述基底供應(yīng)源和所述基底復(fù)卷系統(tǒng)均包括用于可轉(zhuǎn)動(dòng)地保持連續(xù)基片的滾軸的框架。
24.一種分離具有顆粒物的供料流的方法，所述方法包括使所述供料流過(guò)根據(jù)權(quán)利要求I至12中任一項(xiàng)所述的納 米篩復(fù)合物。
【文檔編號(hào)】B01D71/02GK103619454SQ201280031061
【公開(kāi)日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2012年4月26日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月26日
【發(fā)明者】森迪普·烏尼科利斯南, E·W·A·楊 申請(qǐng)人:荷蘭應(yīng)用自然科學(xué)研究組織Tno