一种功能流体门控系统技术方案

本发明专利技术公开了一种功能流体门控系统，包括多孔膜和功能流体，功能流体至少部分浸润所述多孔膜且两者配合形成流体门控通道，功能流体和/或多孔膜通过对至少一种刺激响应而发生物理变化或化学变化以改变所述流体门控通道的压强，从而控制与功能流体不互溶的待运输流体通过所述流体门控通道，实现物质的可控运输和多组分分离。本发明专利技术的刺激来源广泛，且功能流体和多孔膜的刺激响应性可以随机自由组合，以适应由多种刺激控制的复杂外界条件和实现智能可控。

【技术实现步骤摘要】
一种功能流体门控系统
本专利技术涉及一种功能流体门控系统，属于功能材料和器件领域。
技术介绍
自然界的生物体中存在各种各样的多尺度孔道，能进行物质输运而不发生堵塞，为生命活动的正常运行发挥着独特的作用。比如，纳米尺度的水通道和离子通道能够选择性地输运分子和离子；肺气囊中对压力梯度有响应的微米尺度的小孔，通过填充液体实现物质运输的开关。这些微/纳尺度孔道的结构和功能，为设计人工的高效物质分离、输运系统提供了新的设计思路和物理化学方法。流体门控系统将传统的微纳米尺度固体/气体和固体/液体体系的科学问题转移到了固体液体/气体和固体液体/液体体系。门控流体的加入使得物质的输运传递和分离能够在液液界面进行，克服了以往传统多孔薄膜进行物质分离时液固接触而导致分离膜易被污染的问题。压力驱动的流体门控体系是通过毛细力稳定在微孔膜中的流体能够可逆地将小孔密封在闭合状态，基于每一种运输物质都有一个门控压力阈值的原理，通过施压改变运输物质的压强使其达到通过门控的阈值压力，流体迅速重新配置，形成孔内壁上由流体开启的小孔来实现高效动态地分离气液和气-水-油三相混合物，同时使微孔膜具有优异的抗污染性能。然而，目前单一依靠压力驱动实现物质分离的流体门控体系在实际生活中的应用受到了极大的限制。复杂的外部环境中调控基于多孔膜的液体门控体系中的物质分离输运问题，将为推进流体门控体系在实际生活中的应用起到重要作用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种功能流体门控系统，基于细胞膜核膜的动态抗污原理，将功能流体和多孔膜有机结合在一起，功能流体和/或多孔膜对刺激响应而形成一种智能响应性门控，能高效地将多相物质进行智能分离和调控，用于物质分离、多相物质输运、传感器、能源转换器件等领域。本专利技术的技术方案为：一种功能流体门控系统，包括多孔膜和功能流体，功能流体至少部分浸润所述多孔膜且两者配合形成流体门控通道，功能流体和/或多孔膜通过对至少一种刺激响应而发生物理变化或化学变化以改变所述流体门控通道的压强，从而控制待运输流体通过所述流体门控通道，其中所述待运输流体和所述功能流体不互溶。可选的，还包括作用于所述功能流体和/或多孔膜的外场，所述外场的变化形成所述刺激。可选的，所述外场包括光、磁、声、电、温度、应力中的至少一种。可选的，所述功能流体的亲疏水性、粘度或形态随所述外场的变化而改变。可选的，所述多孔膜的孔径、化学结构或与所述功能流体的浸润性随所述外场的变化而改变。可选的，所述功能流体和/或多孔膜对化学刺激响应。可选的，所述化学刺激包括离子或生物分子浓度变化。可选的，还包括一主体，所述主体具有一腔体，所述腔体具有分别位于所述功能流体门控通道两侧的物质输运进口和物质分离出口；待运输流体由物质输运进口进入所述腔体之内，并由物质分离出口输出。可选的，所述腔体还包括物质输运出口，所述物质输运出口与所述物质输运进口位于所述多孔膜的同一侧；具有至少两个组份的混合流体由物质输运进口进入所述腔体之内，其中所述待运输流体之外的组份由所述物质输运出口输出以实现物质分离。可选的，所述主体包括密封材料和夹持装置，所述夹持装置包括上夹持件和下夹持件，所述密封材料配合于上夹持件和下夹持件之间形成所述腔体。所述多孔膜包括金属膜，陶瓷膜，高分子膜，复合膜，以及修饰有对所述刺激响应的功能性基团的金属膜、陶瓷膜、高分子膜、复合膜等。本专利技术的有益效果是：1.本专利技术的功能流体门控系统，通过选择和搭配功能流体和多孔膜形成对某种刺激响应的流体门控，在刺激作用下功能流体和/或多孔膜发生物理变化或化学变化而改变流体门控通道的压强以匹配目标物质通过的阈值压强，进而形成孔内壁上由功能流体开启的通道，从而控制目标物质通过流体门控通道，实现物质的可控运输和多组分分离，为液体除气、气液分离、油水分离、污水处理等提供了新的设计理念。刺激来源包括物理性外场和化学刺激，且功能流体和多孔膜的刺激响应性可以随机自由组合，以适应由多种刺激控制的复杂外界条件和实现智能可控。2.本专利技术由功能流体和/或多孔膜对外界条件刺激响应，通过对外界条件的控制实现物质的可控运输和多相分离，该刺激可以是非接触性的能量变化，且无需改变待运输流体的状态，简化了系统结构和控制条件。3.功能流体和多孔膜来源广泛，刺激来源亦广泛，组合灵活，选择自由，适于实际应用。以下结合附图及实施例对本专利技术作进一步详细说明；但本专利技术的一种功能流体门控系统不局限于实施例。附图说明图1是本专利技术的原理示意图；图2是本专利技术实施例的功能流体门控系统结构示意图；图3是本专利技术实施例的功能流体门控系统受外场作用的示意图；图4是实施例2的基于磁响应功能流体的功能流体门控系统的结构以及性能示意图，其中a为PTFE多孔膜和注入磁流变液的多孔膜的实物照片以及扫描电镜照片，b为作用机理示意图，c和d分别为磁流变液门控在静态施加磁场和动态施加磁场下的影响；图5是实施例11的电响应多孔膜的作用机理示意图；图6是实施例13的基于应力响应多孔膜的功能流体门控系统的压强测试图。具体实施方式参考图1，本专利技术的功能流体门控系统，包括功能流体1和多孔膜2。功能流体1至少部分浸润所述多孔膜2且两者配合形成流体门控通道。功能流体1将多孔膜2的网孔封闭在闭合状态，工作时，对功能流体1和/或多孔膜2施加刺激，功能流体1和/或多孔膜2通过对刺激响应而发生物理变化或化学变化以改变所述流体门控通道的压强，通过改变刺激的强度使流体门控通道的压强达到匹配待运输流体8通过的压强阈值时，形成多孔膜2的孔内壁上由功能流体1开启的小孔，从而控制待运输流体8通过流体门控通道。参考图2，作为一种实施方式，功能流体门控系统还包括一主体，主体具有一腔体，功能流体1和多孔膜2设于腔体之内。具体的，主体包括密封材料3和夹持装置4，所述夹持装置4包括上夹持件41和下夹持件42，所述密封材料3配合于上夹持件41和下夹持件42之间形成所述腔体，此外，腔体亦可以由其他方式实现。腔体具有分别位于流体门控通道两侧的物质输运进口5和物质分离出口6，以及与物质输运进口5位于多孔膜2同一侧的物质输运出口7。待运输流体8由物质输运进口5进入腔体，并由物质分离出口6输出，通过施加刺激可实现可控运输。当待运输流体混合于混合流体之内时，即具有多组分的混合流体进入物质输运进口5，达到其中一种组分的压强阈值时，该组分从物质分离出口6输出，该组分之外的其他组份由所述物质输运出口7输出，可实现物质分离。本专利技术所述刺激，可以是物理刺激或化学刺激。参考图3，其中物理刺激是作用于功能流体1和/或多孔膜2的外场9，外场9可以是例如光、磁、声、电、温度、应力等，通过外场发生装置实现，或者自然变化下实现，并不对此进行限定。实施例1选择一种具有光响应的功能流体1，包括但不限于偶氮苯类、二苯乙烯类、螺吡喃类、离子液体类等对光敏感的液体。以一种含有螺吡喃的聚甲基丙烯酸酯基嵌段共聚物为例，该流体在光的诱导下可以发生构型转变从而在两亲物和双亲水头基嵌段共聚物间转换。紫外光照射下，螺吡喃构型转变成亲水的青花素构型，可见光照射下又回到疏水的螺吡喃构型。将光响应的功能流体1注入多孔膜2(如铜网)中，按照图2的装置进行密封。在从物质输运进口5通入气和另外一种与功能流体1不互溶的液体，或者是不同流体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功能流体门控系统，其特征在于：包括多孔膜和功能流体，功能流体至少部分浸润所述多孔膜且两者配合形成流体门控通道，功能流体和/或多孔膜通过对至少一种刺激响应而发生物理变化或化学变化以改变所述流体门控通道的压强，从而控制待运输流体通过所述流体门控通道，其中所述待运输流体和所述功能流体不互溶。

【技术特征摘要】
1.一种功能流体门控系统，其特征在于：包括多孔膜和功能流体，功能流体至少部分浸润所述多孔膜且两者配合形成流体门控通道，功能流体和/或多孔膜通过对至少一种刺激响应而发生物理变化或化学变化以改变所述流体门控通道的压强，从而控制待运输流体通过所述流体门控通道，其中所述待运输流体和所述功能流体不互溶。2.根据权利要求1所述的功能流体门控系统，其特征在于：还包括作用于所述功能流体和/或多孔膜的外场，所述外场的变化形成所述刺激。3.根据权利要求2所述的功能流体门控系统，其特征在于：所述外场包括光、磁、声、电、温度、应力中的至少一种。4.根据权利要求2所述的功能流体门控系统，其特征在于：所述功能流体的亲疏水性、粘度或形态随所述外场的变化而改变。5.根据权利要求2或4所述的功能流体门控系统，其特征在于：所述多孔膜的孔径、化学结构或与所述功能流体的浸润性随所述外场的变化而改变。6.根据权利要求1所述的功能流体门控系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯旭，盛智芝，黄立志，闵伶俐，王苗，朱颖琳，吴锋，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建,35