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CN108348827A - 纳米线微孔结构 - Google Patents

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CN108348827A CN201580084087.8A CN201580084087A CN108348827A CN 108348827 A CN108348827 A CN 108348827A CN 201580084087 A CN201580084087 A CN 201580084087A CN 108348827 A CN108348827 A CN 108348827A
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Abstract

微孔结构包括纳米线的阵列和所述阵列的纳米线周围的涂层。涂层限定纳米线之间的孔。并且，样本制备设备包括供体相微流体通道、受体相微流体通道和供体相微流体通道和受体相微流体通道之间的支撑液体膜，其中支撑液体膜具有微孔结构，所述微孔结构包括纳米线的阵列、限定纳米线与支撑在孔内的有机相之间的孔的涂层。

Description

纳米线微孔结构
背景技术
微孔(microporous)结构通常用于形成过滤器或膜。微孔结构提供多个孔，通过所述多个孔可以过滤溶液或者通过所述多个孔可以交换离子。
附图说明
图1是示例微孔结构的俯视图。
图2是沿线2-2取得的图1的示例微孔结构的截面图。
图3是沿线3-3取得的图2的示例微孔结构的截面图。
图4是用于形成示例微孔结构的示例方法的流程图。
图5A是用于形成示例微孔结构的另一示例方法的流程图。
图5B是形成在示例衬底上的示例纳米线的侧视图。
图5C是在被涂覆以在纳米线之间形成示例涂层之后在示例衬底上形成的示例纳米线的侧视图。
图6是另一个示例微孔结构的截面图。
图7是沿线7-7取得的图6的示例微孔结构的截面图。
图8是另一个示例性微孔结构的截面图。
图9是沿线9-9取得的图8的示例微孔结构的截面图。
图10是另一个示例微孔结构的截面图。
图11是包括图2的示例微孔结构的示例支撑液体膜的截面图。
图12是包括图11的示例支撑液体膜的示例提取系统的分解透视图。
图13是图12的示例提取系统的截面图。
图14是包括图11的示例支撑液体膜的另一示例提取系统的截面图。
图15是图14的示例提取系统的截面图。
图16是另一个示例微孔结构的截面图。
图17是图16的示例微孔结构的截面图。
图18是另一个示例微孔结构的截面图。
图19是另一个示例微孔结构的截面图。
具体实施方式
微孔结构通常用于形成过滤器或膜。微孔结构提供多个孔，通过所述多个孔过滤溶液或者通过所述多个孔交换离子。控制孔的大小和密度通常是困难的，这增加了制造的复杂性和成本。
图1-3示出了示例微孔结构20。微孔结构20可以用作过滤器或膜。微孔结构20包括孔，孔的大小和/或密度可以基于涂覆的纳米线的特性来控制或限定。由于涂覆的纳米线被用于控制孔的大小和/或密度，所以微孔结构20可以具有被精确调谐的孔以满足要包括微孔结构的过滤器或膜的特定标准。
微孔结构20包括纳米线24和涂层26。纳米线24包括接合的纳米线的二维阵列，该纳米线的二维阵列由涂层26保持在一起。纳米线24包括柱状结构，诸如柱状物、针状物或指状物。这种柱状结构具有纳米尺度。在一个实现中，纳米线24由硅形成。
在一个实现中，每个纳米线24具有至少20nm且小于1um的直径。在一个实现中，每个纳米线24具有至少50nm且小于或等于1000nm的高度(形成微孔结构20的厚度)。一个实现，纳米线24具有至少10％并且直至99.99％或更高的密度。在一个实现中，每个空隙(void)30具有至少5nm且小于或等于1um的横截面积。在一个实现中，跨微孔结构20的空隙30的密度是至少0.1％或低于90％。
涂层26包括将纳米线24互连并保持在一起的一种或多种材料的一层或多层。涂层26没有完全填充连续或相邻的纳米线24之间的所有空隙或空间，其中未填充的或剩余的空隙或空间形成了微孔结构20的孔30。纳米线24的相对间距和涂层26填充中间空隙的程度控制孔30的大小以及它们的密度和间距。孔30允许选择的材料、组分(component)或分析物通过过滤或扩散而从其穿过。在一个实现中，孔30保持液体，诸如有机溶剂或有机相(organicphase)，其中微孔结构20是支撑液体膜的一部分。
在一个实现中，涂层26包括应用到纳米线24的至少部分的涂层，其中纳米线24之一上的涂层接触相邻纳米线24上的涂层或者直接接触相邻纳米线24，从而将两个纳米线24相对于彼此连接和保持就位。在一个实现中，涂层26包括应用到每个纳米线24的至少部分的涂层。在另一个实现中，涂层26包括完全应用在每个纳米线24的外表面周围的涂层，其中纳米线24周围的涂层接触相邻纳米线周围的涂层。在所示的示例中，纳米线24周围的涂层可以接触多个其他相邻纳米线24的涂层。在一个实现中，涂层24包括涂覆在纳米线26上的聚合物涂层。在其他实现中，可以通过原子层沉积或化学气相沉积在每个纳米线24的周围生长涂层26。在另外的实现中，可以以其他方式形成形成涂层26的涂层。
图4是用于形成诸如微孔结构20之类的示例微孔结构的示例方法100的流程图。如框104所示，在衬底40上形成诸如纳米线24之类的纳米线的阵列。在一个实现中，可以生长纳米线24。例如，可以将纳米线种子(seed)沉积到衬底40上，其中通过化学气相沉积从诸如硅烷之类的材料生长柱状结构。在这样的实现中，可以以期望的密度图案化种子层，其中在这样的生长期间每个纳米线的直径被精确地控制以实现期望的孔大小和密度。在生长过程期间可以进一步控制每个纳米线24的高度，以为微孔结构20提供合适的或期望的厚度。在一些实现中，纳米线24可以通过气-液-固(VLS)或溶液-液体-固体(SLS)制造方法来形成。
在另一个实现中，可以通过蚀刻衬底来形成纳米线24。诸如，在一个实现中，可以将反应离子蚀刻工艺(reactive ion etching process)应用于生产柔性柱的诸如硅之类的衬底上。在气态氮、氩或氧的存在下，通过诸如氟、氯、溴或卤素之类的反应性气体物质(gaseous species)的作用可以实现从硅衬底去除材料。在又一个实现中，纳米线24的这种柱状结构可以由纳米压印(imprint)形成，其中诸如在暴露于UV光下能够显著交联(cross-linking)的聚合物之类的薄膜以网状(web)形式应用于衬底以在网上产生涂层，并且其中纳米柱(nanopole)形式的柔性柱通过在一对辊之间滚动网而产生，所述一对辊中的一个是具有凹凸(relief)图案的模具(die)，所述凹凸图案被盖印(impress)到该网的高粘度薄膜涂层中，在网上留下了多个纳米柱形式的模具的凹凸图案的负片(negative)。在又一个实现中，使用具有凹凸图案的模具对诸如聚合物塑料之类的涂层的热纳米浮雕(emboss)，该凹凸图案被盖印到涂覆衬底的聚合物塑料中，从而在衬底上留下多个纳米柱形式的模具的凹凸图案的负片。
如由框106指示的，形成的阵列的纳米线被涂覆，从而在涂覆的纳米线之间形成孔。在一个实现中，相邻纳米线的涂层彼此接触并熔合以结合纳米线为单个单元。在另一实现中，相邻的纳米线的涂层不彼此接触，但是通过在其上形成有纳米线的衬底相对于彼此保持就位。在衬底将涂覆的纳米线相对于彼此保持就位的实现中，在使用所形成的微孔结构期间，分析物提取或流体过滤发生在平行于或沿着并且跨衬底表面的方向上。
在涂层用作接合纳米线并将纳米线相对于彼此保持就位的粘合剂的一些实现中，独立于其上形成纳米线的衬底，可去除衬底，促进垂直于微孔结构的主要尺寸的方向上的分析物提取或流体过滤。图5A、5B和图5C示出了用于形成诸如微孔结构20之类的示例微孔结构的一种方法，其中用于形成纳米线的衬底随后被分离。图4是用于形成诸如在图1-3中所示的微孔结构20之类的微孔结构的示例方法150的流程图。如图5A中的框104所示，并如图5B中所示，诸如纳米线24之类的纳米线的阵列形成在衬底40上。如以上关于图4中的框104所描述的，衬底上的纳米线的阵列可以以多种方式形成。
如图5A中的框156所示和图5C中所示，纳米线24的阵列独立于衬底40在衬底40上互连以在互连的纳米线24之间形成孔30(图1中所示)。图5C是沿着与图2中所示的完成的微孔结构20相同的线取得的截面图。在所示的示例中，阵列的各个纳米线24通过涂层26互连。在一个实现中，通过将一种材料或多种材料的涂层应用到纳米线24的相互面对的表面上来形成涂层26，使得相邻或连续的纳米线24的涂层熔合或溶化成彼此互连并独立于衬底40将阵列保持在一起。
如框158所示，一旦涂层已经充分凝固或固化，纳米线24的互连阵列就与衬底40分离以形成图1-3中所示的微孔结构。在一个实现中，涂层和部分包封的纳米线24作为单元从衬底40剥离。在其他实现中，涂层和部分包封的纳米线24从衬底40分离。
图6和7是穿过微孔结构的截面图(类似于图2和3的视图)，其示出了微孔结构的孔的密度和大小可以通过改变纳米线的位置和/或密度如何来精确地被控制。图6和7示出微孔结构220，微孔结构20的另一实现。微孔结构220是类似的微孔结构20，除了在二维阵列中以不同的图案和不同的密度形成纳米线24之外。在所示的示例中，纳米线24的密度和间距跨微孔结构220本身变化。特别地，微孔结构220具有有纳米线24的第一密度的第一部分224和纳米线24的不同的较小密度的第二不同部分226。区域或部分226中的纳米线24之间的间距比区域或部分224中的纳米线24之间的间距大。纳米线24的不同密度导致不同大小的且不同间距的孔230A、230B(统称为力(force)230)。与微孔结构20相比，不同大小和不同间距的孔230促进微孔结构220的不同的过滤功能。
图8和图9是穿过微孔结构320的截面图，其示出了应用到或形成在纳米线24上的涂层的厚度还可以如何用于控制微孔结构的孔的大小、位置、间距和密度。图8和9示出另一示例微孔结构320，微孔结构20的另一示侧。在图8和图9中所示的示例中，纳米线24具有更大的其间间距，其中每个纳米线24被涂覆有形成涂层26的具有较大厚度的涂层。每个纳米线24周围的厚度使得涂层互连不同的纳米线24。与以上所描述的孔30和230相比，不同的涂层促进形成不同大小和形状的孔330。
图10是穿过另一个示例微孔结构420的截面图，其示出了如何调整形成涂层26的涂层的厚度以进一步选择性地控制微孔结构中的孔的大小和密度。微孔结构420是类似的微孔结构320，具有纳米线24的相同的位置和间距，但是其中形成涂层26的纳米线24中的每一个周围的涂层的厚度增加，使得相邻纳米线的相邻涂层合并或联合(coalesce)以填充连续纳米线24之间的空间中的更多空间。结果，微孔结构420具有更小的孔430。通过可调整地控制应用在每个纳米线24周围的涂层的厚度，可以针对选择的过滤性能而精确地控制孔430的大小。
图11是示例支撑液体膜510的截面图。支撑液体膜510用于经由渗透和运送过程提取、分离和去除气体、离子或分子。支撑液体膜510包含微孔结构320和有机相532。上述的微孔结构320用作用于固定(immobilize)有机相532的惰性微孔支撑(用点画法示意性表示)。微孔结构320的孔330被有机相532浸渍。微孔结构320是疏水性的(hydrophobic)，从而通过毛细作用将有机相532保留在孔330内。
有机相532至少部分填充并保留在孔330内。有机相532包含提取剂和稀释剂。提取剂包括基于从膜510的一侧上的进料液体(feed liquid)提取什么气体、离子或分子而选择的有机溶剂，有时具有溶解的试剂。就提取机制而言，有机相532可以包括通过化合物形成的提取，以及通过离子对形成的提取或通过溶剂化形成的提取。
稀释剂稀释或调整有机提取剂的浓度。在一个实现中，稀释剂具有高介电常数和低粘度。稀释剂降低有机相532的粘度以促进在微孔结构320内的扩散性。
图12和13图示了用于分离和提取从进料液体提取的气体、离子或分子的示例提取系统600。提取系统600包括夹在供体(donor)供应604和受体(acceptor)606之间的液体支撑膜510。供体供应604提供样本或进料液体到液体支撑膜510的一侧。在该示例中，供体供应604包括具有入口608、微流体通道610和出口612的面板607。入口608连接到含有待提取和分离出的气体、离子或分子的样本或进料液体的源。
通道610从入口608延伸到出口612。通道610具有下侧的开口，允许进料液体跨液体支撑膜510的顶面、跨孔330和保持在其内的有机相530流动。在所示的示例中，通道610是蛇形的(serpentine)，使得进料液体跨膜510的顶侧的较大表面区域流动。在其他实现中，通道610可具有其他形状的路径。
出口612从通道510延伸。被引导跨液体支撑膜510的顶面513的进料液体通过出口612离开通道610。在一个实现中，通过出口612离开的进料液体被再循环回到入口608。在一个实现中，通过出口612离开的进料液体与含有在通过入口608被再循环之前分离出来的气体、离子或分子的其他液体混合。
受体606提供接收分离出和提取的气体、离子或分子的液体以促进所提取的气体、离子或分子被传送到目标目的地。在所示的示例中，受体606包括具有入口618、微流体通道620和出口622的面板617。入口618连接到受体液体的源以接收和传送被液体支撑膜510的孔330内的有机相530分离出的已被提取的气体、离子或分子。
通道620从入口618延伸到出口622。通道620具有顶侧的开口，允许受体液体跨在液体支撑膜510的底面、跨孔330和保留于其中的有机相530流动。在所示的示例中，通道620是蛇形的，使得受体液体跨膜510底侧的更大表面区域流动。在其他实现中，通道620可具有其他形状的路径。
出口622从通道520延伸。被引导跨液体支撑膜510的底面515的受体液体通过出口622离开通道620。在一个实现中，通过出口622离开的受体液体再循环回到入口618以促进对附加的气体、分子或离子的接收，以增加受体液体中这样的气体、分子和/或离子的浓度。在一个实现中，在获得提取的目标气体、分子和/或离子的所需浓度时，受体液体可以被重定向到单独的体积或储存设施兄弟(brother)目标目的地，以促进使用所提取的气体、分子和/或离子。
图13示出了提取系统600的操作。如图13所示，进料液体650通过入口608供给并流入长通道610，直到通过出口612排放。随着进料液体650跨液体支撑膜510的顶面513流动，进料液体中的目标气体、分子或离子如箭头653所示的那样扩散或跨孔330内的有机相530传送。
当进料液体650流过通道600并且目标气体、分子或线正在通过有机相530扩散时，受体液体660被引导通过入口618，跨过通道620并到达出口622。目标气体、分子或离子离开孔330进入通道620内流动的受体液体660。此后，包含接收的目标气体、分子或离子的受体液体离开出口622。在一个实现中，离开出口622的受体液体被重定向回到入口618用于接收附加的目标气体、分子或离子。在一个实现中，离开出口622的受体液体被选择性地导向目标目的地，诸如分析所提取的气体、分子和/或离子的目的地。虽然将进料液体650和受体液体660分别示出为流动的并且通常相反方向地通过通道610和620，但是在其他实现中，进料液体650和受体液体660可以替代地以相同的方向流入。
尽管微孔结构320、液体支撑膜510和提取系统600被示出为作为平片导入液体膜的一部分或利用平片导入液体膜，但是在其他实现中，微孔结构320、液体支撑膜510和提取系统600可以替代地是空管状或圆柱形支撑液体膜的一部分或利用空管状或圆柱形支撑液体膜，其中进料液体和受体液体流过同心环或路径并且沿同心环或路径流动。图14和15示出了另一个示例提取系统700，其中支撑液体膜510被弓形(arcuately)弯曲并保持空管状形状，其中流体液体供应704通过膜510内的最里面的管道通路710供应进料液体，并且其中通过第二外导管或通路720和受体液体源707供应受体液体。在所示的示例中，根据图4、5A和5B所示的方法形成的微孔结构320被弯曲并保持为管状形状，以及被定位在外部护套712内。
图16和17是示出另一示例微孔结构20的微孔结构820的截面图。与微孔结构20一样，微孔结构820包括彼此接合的纳米线的阵列和纳米线周围的涂层，其中涂层控制、调节或限定纳米线之间的孔。利用微孔结构820，纳米线不是通过涂层而是通过下面的衬底彼此连接。在一个实现中，下面的衬底是无孔的(imperforate)或不可渗透的(impermeable)，其中正被过滤的流体被平行于并且跨衬底地引导通过孔。
如图16和17所示，微孔结构820包括衬底822、纳米线24和限定开放空间、间隙或孔30的涂层26。衬底822用作在其上形成纳米线24的基础。衬底822沿纳米线24的底部或下部接合纳米线24，使得纳米线24作为单个单元相对于彼此保持就位。在所示的例子中，衬底822包括通道834A、834B和834C(统称为通道834。通道834中的每一个都具有底板836和侧壁838。通道834用于引导流体平行于并且跨底板836在侧壁838之间的流动。
在其他实现中，衬底822可以替代地省略通道834，其中盖被固定到衬底822，并且其中盖或圆顶作为与衬底822的顶表面接触并连接的突出壁，以与衬底822协作来形成包含涂覆的纳米线24的通道。在如果提供诸如盖838之类的圆顶或盖(以虚线示出)的实现中，微孔结构822可以处于垂直取向(纳米线24在侧向或水平方向上延伸)，使得流体垂直地流过通道834，基本上垂直于纳米线24的中心线流动。在一些实现中，有机相可保留在孔30内，其中目标离子、分子或气体通过有机相扩散。
上面描述了纳米线24、涂层26和孔30。在所示的示例中，纳米线26形成在每个通道834的底板836上。涂层26围绕纳米线24中的每一个延伸并且在其上方延伸，但不接触相邻纳米线24的涂层，在相邻的纳米线24上在涂层26之间留下空隙或孔30。在一个实现中，在不同的通道834内的纳米线24被不同地涂覆，覆盖有不同厚度的涂层，使得在不同的通道834内的孔是不同大小的或具有不同的密度。换句话说，由于不同通道834中的不同涂层厚度，通道834A内的孔30的密度或大小可能不同于通道834B和834C内的孔的密度或大小。结果，微孔结构820可以依据流体被引导通过哪个通道834而提供不同的过滤特性。
图18是示出微孔结构20的另一实现的微孔结构920的截面图。如同以上公开的微孔结构中的每一个一样，微孔结构920包括彼此接合的纳米线的阵列和纳米线周围的涂层，其中涂层控制、调节或限定纳米线之间的孔。微孔结构920包括形成孔930的衬底922、纳米线924和涂层926。衬底922包括在其上形成纳米线924的基础。在所示的示例中，衬底922是不完美的或不可渗透的，其中正被过滤的流体或分析物的提取发生在基本上平行于衬底922的方向931上。在所示的示例中，衬底922具有大致平坦的轮廓，其具有纳米线924从其延伸的上表面。在另一实现中，衬底922可以包括通道834(针对图16和17示出和描述)，其中纳米线24从此类通道的底板延伸。
纳米线924和涂层926类似于上述的纳米线24和涂层26，除了纳米线924是成角度的或弯曲的。在所示的示例中，纳米线924被充分地弯曲，使得一个纳米线924的部分在另一纳米线924的部分之上(over and above)延伸(或重叠)。在一个实现中，纳米线924可以彼此啮合(mesh)。在一个实现中，纳米线924的弯曲或啮合是由无定形的(amorphous)纳米线生长或通过塌缩(collapse)纳米线924形成，其包括高纵横比柱状物，使用弹塑性毛细管力形成为随机或设计的图案(即，使柱状物暴露于蒸发流体)。在一个实现中，涂层926被应用到纳米线924，而纳米线924处于弯曲状态。在一个实现中，相邻重叠的纳米线的涂层熔合在一起，将纳米线周围924维持或保持在其弯曲状态。在其他实现中，纳米线924仅由衬底922接合，其中相邻的经涂覆的纳米线924不粘在一起。在这样的实现中，经涂覆的纳米线924的高纵横比用于保持纳米线94处于其弯曲状态。
图19示出微孔结构1020，微孔结构20的另一实现。微孔结构1020类似于微孔结构920，除了微孔结构1020被涂覆，使得重叠的弯曲纳米线924的涂层彼此接触并熔合或彼此粘附使得纳米线924的重叠部分上的涂层926作为单个主体或单元接合个体纳米线924，允许在纳米线924已经在衬底922上形成之后并且在涂层926已经被应用到弯曲的纳米线924之后，衬底922(图18示出)从涂覆的纳米线分离。由于微孔结构1020省略了衬底922，所以流体的过滤或分析物的提取可以发生在垂直于纳米线924最初在其上延伸的表面的方向1031上，垂直于微孔结构1020的两个主要尺寸。
尽管已经参照示例实现描述了本公开，但本领域技术人员将认识到，可以在形式和细节上进行改变而不脱离所要求保护的主题的精神和范围。例如，虽然不同的示例实现可以被描述为包括提供一个或多个益处的一个或多个特征，但是可以预期的是所描述的特征可以彼此互换，或可替代地在所描述的示例实现中或其他替代的实现中彼此组合。由于本公开的技术相对复杂，所以并非技术上的所有变化都是可预见的。参照示例实现描述并在以下权利要求书中阐述的本公开显然旨在尽可能宽泛。例如，除非另外特别指出，引用单个特定元素的权利要求还包含多个这样的特定元素。术语“第一”、“第二”、“第三”等等在权利要求中仅仅用于区分不同的元素，并且除非另有说明，并不特别与本公开中的元素的特定顺序或特定编号相关联。

Claims (15)

1.一种设备，包括：
接合的纳米线的阵列；和
纳米线周围的涂层，所述涂层限定纳米线之间的孔以形成微孔结构。
2.根据权利要求1所述的装置，还包括支撑在所述孔内的有机相以形成支撑液体膜。
3.根据权利要求1所述的装置，还包括接合阵列的纳米线的衬底。
4.根据权利要求3所述的装置，其中衬底包括包含纳米线的阵列的通道。
5.根据权利要求1所述的装置，其中涂层接合阵列的纳米线。
6.根据权利要求1所述的装置，其中阵列的纳米线是弯曲的。
7.一种样本制备设备，包括：
供体相微流体通道；
受体相微流体通道；和
供体相微流体通道和受体相微流体通道之间的支撑液体膜，并且所述支撑液体膜包括：
微孔结构，其包括：
纳米线的阵列；和
纳米线周围的涂层，所述涂层限定纳米线之间的孔；和
支撑在孔内的相。
8.一种方法，包括：
在衬底上形成纳米线的阵列；
涂覆阵列的纳米线以在纳米线的阵列之间形成孔。
9.根据权利要求8所述的方法，其中涂覆纳米线，使得不同的纳米线的涂层互连不同的纳米线。
10.根据权利要求8所述的方法，还包括可调整地控制涂层的厚度以可调整地控制微孔结构的孔的大小。
11.根据权利要求8所述的方法，还包括可调整地控制衬底上的纳米线的阵列的密度以可调整地控制微孔结构的孔的密度。
12.根据权利要求8所述的方法，还包括可调整地控制衬底上的纳米线的阵列的密度以可调整地控制微孔结构的孔的大小。
13.根据权利要求8所述的方法，还包括填充活性相内的孔以形成支撑液体膜。
14.根据权利要求8所述的方法，其中在纳米线处于弯曲状态时应用涂层。
15.根据权利要求8的方法，其中纳米线的阵列的形成包括纳米压印纳米线。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11724213B2 (en) * 2020-02-27 2023-08-15 Lawrence Livermore National Security, Llc Modular, disposable 3D printed microfluidic membrane system for separation and purification

Citations (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5079272A (en) * 1989-11-30 1992-01-07 Millipore Corporation Porous membrane formed from interpenetrating polymer network having hydrophilic surface
US5603953A (en) * 1992-11-30 1997-02-18 Pfizer Inc. Supported liquid membrane delivery devices
US5753014A (en) * 1993-11-12 1998-05-19 Van Rijn; Cornelis Johannes Maria Membrane filter and a method of manufacturing the same as well as a membrane
US6291705B1 (en) * 2000-02-04 2001-09-18 Commodore Separation Technologies, Inc. Combined supported liquid membrane/strip dispersion process for the removal and recovery of metals
EP1341655A2 (en) * 2000-12-02 2003-09-10 Aquamarijn Holding BV Method of making a product with a micro or nano sized structure and product
US20030209314A1 (en) * 2002-05-13 2003-11-13 Guo Lingjie J. Method of forming nanofluidic channels
US20050242035A1 (en) * 2002-08-16 2005-11-03 University College Dublin, National University Of Ireland Method for the manufacture of patterned micro-and nanoparticles and use of such particles in the assembly of nanoscale architectures in solution
US20070190880A1 (en) * 2004-02-02 2007-08-16 Nanosys, Inc. Porous substrates, articles, systems and compositions comprising nanofibers and methods of their use and production
CN101568367A (zh) * 2006-09-27 2009-10-28 韩国电子通信研究院 纳米线过滤器、其制作方法、除去吸附在其上的材料的方法及具有其的过滤设备
US20090283475A1 (en) * 2005-03-11 2009-11-19 New Jersey Institute Of Technology Carbon Nanotube Mediated Membrane Extraction
US20100098992A1 (en) * 2008-10-20 2010-04-22 Commissariat A L'energie Atomique Process for the formation of pores in a polymer matrix
CN102017241A (zh) * 2008-02-22 2011-04-13 科罗拉多州立大学研究基金会 锂-离子电池
CN102046274A (zh) * 2008-05-06 2011-05-04 原子能和代替能源委员会 用于从流体分离生物分子的装置
CN102802770A (zh) * 2009-06-19 2012-11-28 水通道蛋白有限公司 仿生膜及其用途
US20130108865A1 (en) * 2010-07-02 2013-05-02 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Material including nanotubes or nanowires grafted in a matrix, method for preparing same and uses thereof
CN103337449A (zh) * 2013-04-28 2013-10-02 中国科学院合肥物质科学研究院 硅纳米线阵列的移植及其简单器件制备的方法
US20130270180A1 (en) * 2010-10-28 2013-10-17 Novarials Corporation Ceramic nanowire membranes and methods of making the same
US20140302579A1 (en) * 2011-10-07 2014-10-09 Commissariat A L'Energie Atomique Et Aux Device comprising a composite material and having nanotubes that are subjected to an electric field, and uses thereof
CN104203293A (zh) * 2012-02-07 2014-12-10 加利福尼亚大学董事会 具有经钽涂覆的纳米结构的制造产品及其制备与使用方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030205552A1 (en) 1999-11-17 2003-11-06 The Regents Of The University Of California Method of forming a membrane with nanometer scale pores and application to biofiltration
KR20050093018A (ko) 2004-03-18 2005-09-23 한국과학기술연구원 고효율 3차원 나노 구조 분리막
US7611628B1 (en) 2004-05-13 2009-11-03 University Of Kentucky Research Foundation Aligned nanotubule membranes
ES2365460B1 (es) 2010-03-25 2012-08-10 Universidad Complutense De Madrid Membranas planas nano-estructuradas para la destilación en membranas con contacto directo.
US10364504B2 (en) 2012-02-23 2019-07-30 University Of Houston Fabrication of multilayered nanosized porous membranes and their use for making novel nanostructures

Patent Citations (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5079272A (en) * 1989-11-30 1992-01-07 Millipore Corporation Porous membrane formed from interpenetrating polymer network having hydrophilic surface
US5603953A (en) * 1992-11-30 1997-02-18 Pfizer Inc. Supported liquid membrane delivery devices
US5753014A (en) * 1993-11-12 1998-05-19 Van Rijn; Cornelis Johannes Maria Membrane filter and a method of manufacturing the same as well as a membrane
US6291705B1 (en) * 2000-02-04 2001-09-18 Commodore Separation Technologies, Inc. Combined supported liquid membrane/strip dispersion process for the removal and recovery of metals
EP1341655A2 (en) * 2000-12-02 2003-09-10 Aquamarijn Holding BV Method of making a product with a micro or nano sized structure and product
US20030209314A1 (en) * 2002-05-13 2003-11-13 Guo Lingjie J. Method of forming nanofluidic channels
US20050242035A1 (en) * 2002-08-16 2005-11-03 University College Dublin, National University Of Ireland Method for the manufacture of patterned micro-and nanoparticles and use of such particles in the assembly of nanoscale architectures in solution
US20070190880A1 (en) * 2004-02-02 2007-08-16 Nanosys, Inc. Porous substrates, articles, systems and compositions comprising nanofibers and methods of their use and production
US20090283475A1 (en) * 2005-03-11 2009-11-19 New Jersey Institute Of Technology Carbon Nanotube Mediated Membrane Extraction
CN101568367A (zh) * 2006-09-27 2009-10-28 韩国电子通信研究院 纳米线过滤器、其制作方法、除去吸附在其上的材料的方法及具有其的过滤设备
CN102017241A (zh) * 2008-02-22 2011-04-13 科罗拉多州立大学研究基金会 锂-离子电池
CN102046274A (zh) * 2008-05-06 2011-05-04 原子能和代替能源委员会 用于从流体分离生物分子的装置
US20100098992A1 (en) * 2008-10-20 2010-04-22 Commissariat A L'energie Atomique Process for the formation of pores in a polymer matrix
CN102802770A (zh) * 2009-06-19 2012-11-28 水通道蛋白有限公司 仿生膜及其用途
US20130108865A1 (en) * 2010-07-02 2013-05-02 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Material including nanotubes or nanowires grafted in a matrix, method for preparing same and uses thereof
US20130270180A1 (en) * 2010-10-28 2013-10-17 Novarials Corporation Ceramic nanowire membranes and methods of making the same
US20140302579A1 (en) * 2011-10-07 2014-10-09 Commissariat A L'Energie Atomique Et Aux Device comprising a composite material and having nanotubes that are subjected to an electric field, and uses thereof
CN104203293A (zh) * 2012-02-07 2014-12-10 加利福尼亚大学董事会 具有经钽涂覆的纳米结构的制造产品及其制备与使用方法
CN103337449A (zh) * 2013-04-28 2013-10-02 中国科学院合肥物质科学研究院 硅纳米线阵列的移植及其简单器件制备的方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DAVID Z. FANG等: "Pore Size Control of Ultrathin Silicon Membranes by Rapid Thermal Carbonization", 《NANO LETTERS》 *
F.F. KRULL等: "Liquid membranes for gas/vapor separations", 《JOURNAL OF MEMBRANE SCIENCE》 *
KAREN K. GLEASON: "《CVD Polymers Fabrication of Organic Surfaces and Devices》", 30 April 2015, WILEY-VCH出版社 *
VLADIMIR S. KISLIK: "《Liquid Membranes Principles and Applications in Chemical Separations and Wastewater Treatment》", 31 August 2009, ELSEVIER *
刘嘉等: "支撑液膜萃取及其在食品安全检测中的应用", 《食品科学》 *

Also Published As

Publication number Publication date
EP3331630A1 (en) 2018-06-13
CN108348827B (zh) 2022-04-08
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US11213791B2 (en) 2022-01-04
EP3331630A4 (en) 2019-03-20
US20180272284A1 (en) 2018-09-27

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