科研成果

SCIENTIFIC PAYOFFS

液体门控技术简介ABOUT LIQUID GATING TECHNOLOGY

        通过向自然学习,将液体作为结构与功能材料引入到多孔固体材料的设计中发展出的液体门控技术,可利用液体的特性突破传统固体多孔材料设计的局限性。同时通过对多孔固体骨架和门控液体的协同设计,构建具有特殊性能的液体门控系统可实现在外场刺激下的响应性流体开关功能。2020年,“液体门控技术”入选世界权威组织IUPAC的全球十大新兴技术,官方指出“液体门控技术提高传统膜系统的普适性,这对膜科学与技术、微流控等多个交叉学科的发展带来了具有里程碑式的意义”(来自“中国化学会”2020年10月23日发布内容)。2023年“液体门控技术” 写入大学本科基础教材。
优点
抗污
抗腐蚀
自适应
节能
可重构
分子级平整界面
应用场景
生态环境
生物医学
药物筛选
 物质检测
 碳中和
 航空航天等领域

液体门控技术的设计DESIGN OF LIQUID GATING SYSTEM

        一种以液体为结构材料的液体门控机制与技术,将多孔固体骨架与门控液体通过毛细作用复合。多孔固体骨架的设计侧重于构成多孔骨架的固体材料和门控液体之间的界面相互作用。固体材料需要满足三个条件:①可以被门控液体浸润;②与门控液体间的浸润性优于固体材料与传输流体间的浸润性,使得流体在传输过程中,门控液体不会被传输流体取代;③与门控液体间的界面能需要匹配,使得传输流体的压力释放后,门控液体能在孔隙间重新配置恢复到原始的关闭状态。门控液体的设计侧重于门控液体和传输流体间的相互作用。传输流体与门控液体间的不混溶性是选择门控液体最基本的先决条件:当传输流体为气体时,可选择不易蒸发、不与传输气体反应的水基或油基液体作为门控液体;若传输流体是液体,例如水溶液,则应选择与之不混溶的油基液体作为门控液体。常用的门控液体有矿物油、硅油、全氟液体等。

液体门控技术的门控行为GATING BEHAVIORS OF LIQUID GATING SYSTEM

        液体门控技术与传统膜技术的核心区别在于,传输流体在通过孔隙时只与门控液体接触而不接触固体膜材料本身。在液体门控技术中,传统的发生在固/气或固/液界面之间的科学问题将转化为固/液/气或固/液/液界面之间的问题,液体的引入使得液体门控膜具有优异的抗污性、节能性及可设计性,以满足不同功能需求;同时,由于不同种类的传输流体突破气/液或液/液界面所需的压强不同,每种流体都具有特定的跨膜压强阈值,这赋予了液体门控复合膜选择性分离不同种类的流体的能力。

        (a) 稳定存在于微米/纳米尺度孔隙中的液体可作为一种可逆的、可重构的受压力驱动的门控液体。当传输流体经过系统时,传输流体与门控液体之间形成一个界面;(b)(c)在一定压力下,传输流体使气/液或液/液界面变形并通过液体门控复合膜,实现这一过程所需的最小压强就是跨膜压强阈值(P阈值)。当传输流体的压强(∆P)<P阈值时,液体在毛细作用下填充封闭孔隙;反之,液体门被打开,传输流体流过孔隙,并在孔隙内形成具有稳定气/液或液/液界面的功能性液体衬里。

液体门控技术的发展现状DEVELOPMENT OF LIQUID GATING SYSTEM

©2024 门创科技 版权所有 技术支持:会心科技
3783007497
0592-2082918