带有载体上的膜的装置以及制造这种膜的方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种带有载体上的膜的装置，用于过滤液体，该装置包括载体和膜。本发明专利技术还涉及制造这种载体上膜的方法。本发明专利技术还涉及这种载体上膜的应用，以及包括这种膜的组件。本发明专利技术还涉及测定这种载体上的膜的裂纹的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种装置，具体用于过滤液体，该装置包括载体上的膜。本专利技术还涉及制造这种带有载体上的膜的装置的方法。本专利技术还涉及这种带有载体上的膜的装置的应用，以及包括这种载体上的膜的组件。本专利技术还涉及测定这种载体上的膜的裂纹的方法。
技术介绍
美国专利US5,753,014公开了一种过滤膜。这种过滤膜包括一种带有若干膜开口的膜。这些膜开口的孔尺寸为5nm(纳米)到50微米。这种膜可以通过例如适当的气相沉积或者旋涂方法而在载体上沉积形成。然后在所形成的膜上穿孔，例如通过光刻(lithography)步骤之后进行蚀刻。还公开了这种膜可以用作用于分离层沉积的载体，例如用来超滤、气体分离或者催化作用。如果有载体，则该载体可以完全被蚀刻掉，或者载体可以具有直径大于膜开口直径的载体开口。在第一种情况下只剩下膜，在第二种情况中膜由载体支撑。然而根据该美国专利的这种膜过滤器的一个缺点是其机械性能较弱。所形成的膜的载体的载体开口壁实质上由晶体表面构成，如果使用晶体原料的话，例如，在硅或的情况下是<111>晶向。这种机构与该美国专利所用方法相关。这表示在机械载荷的作用下，可能存在的裂纹线容易导致载体断裂，从而使过滤膜断裂。尽管可以采用该美国专利公布时已公知的技术来在载体或涂敷于其上的层的外部上蚀刻图案，但是图案蚀刻穿透载体存在明显缺陷。例如采用这种技术，不能或者说几乎不能防止底面蚀刻(underetch)(参见图2)。在这方面上，本领域技术人员了解底面蚀刻为所公知的现象，其中蚀刻发生在保护层例如漆层之下。由此，下面的结构会产生意想不到的不利影响。此外，在采用硅或的圆片及各向异性蚀刻技术时，无法获得圆形的或者大致圆形的载体开口。<111>方向毕竟决定了这种情况下的优选的蚀刻方向，由此形成了菱形的载体开口，其还具有一定锥度。每个载体开口都不是直的，而且还有另一缺点，就是通过这种载体开口的流动还受到阻碍。US5,753,014所形成的过滤膜也不能在不中断生产的情况下监测设备中的膜和/或载体的完整性。这对于这样一种设备的生产能力利用率是不利的对于根据US5,753,014的这种膜，还不能监控例如过滤效率或者微观裂纹等情况。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种加强的载体上的膜。为了实现该目的，上述类型的载体上的膜具有根据本专利技术的载体开口具有圆化的横截面。令人吃惊地是，已发现如果载体开口具有圆化的横截面，则能获得提高的机械强度。如果圆的曲率半径大于3微米且优选大于5微米，那么膜的机械强度与具有局部瑕疵或者边缘的较小曲率半径的载体开口相比可以增加50％以上。通过使载体开口具有小于3微米特别是小于0.3微米的非常低粗糙度的表面，可以吃惊地进一步提高强度，从而防止了大尺寸的裂纹开裂。如果表面粗糙度小于3微米，则机械强度最少增加约30％。表面粗糙度低于0.3微米，机械强度最少提高80％。机械强度取决于将膜夹紧在载体上然后相对均匀地施加载荷并从而测定失效压力。对于过滤应用，载体与膜通常被夹紧且支撑在一膜支架上，该膜支架具有多个平行支撑杆。如果想要的话，载体开口在膜的载体上相对于所述支撑杆的分布和尺寸能够被最优化，使得尽可能最优化载体上的应力分布。具有高机械承载能力的一个特定实施例具有以下特征，载体开口的图案在载体中被布置成第一部分图案具有较高密度的载体开口，靠近第一部分图案的第二部分图案具有略低密度的载体开口，靠近第二部分图案的第三部分图案具有非常低密度的开口或者没有载体开口，以便于将载体与膜夹紧在膜支架中而不损坏膜，而且还减小了载体上累积的机械应力。密度在这里被理解成表示开口的开放的表面面积与给定总的表面面积的关系。第二部分图案的密度优选小于第一部分图案密度的一半。这样机械强度可以至少提高30％。在另一实施例中，载体开口的密度不按照每部分区域以阶梯式方式变化，而是平稳变化的，以尽可能好的分布机械应力，由此机械强度提高了至少50％。已惊奇地发现，在载体上设置若干连续细长筛道可以获得明显更高的机械强度(＞20％)。前述这类装置的另一实施例具有根据本专利技术的特征就是载体具有若干连续筛道。连续在这里表示筛道不被垂直其放置的条带中断，在筛道中没有载体开口。通过在载体上设置这种筛形图案，使载体上的膜获得了额外的强度，而在实际过滤应用时不会留下太多未用的表面面积。本专利技术的下一目的是提供一种载体上的膜，其具有监测载体上的膜的完整性的装置。令人吃惊地是，现在已发现通过设置至少一个电导体可以实现这种载体上的膜。由此可以在制造过程中监测载体上的膜的完整性。因此本专利技术涉及一种载体上的膜，其具有至少一个电导体，通过电导体，可以在不中断生产过程的情况下监测膜的完整性和膜的作用。由此获得了更好的生产设备的生产能力利用程度以及更好的膜的控制作用。本专利技术的下一目的是提供一种制造加强的载体上的膜的方法。令人吃惊地是，已发现通过首先在载体的第二侧或者载体上所涂敷的层上蚀刻出图案，然而再在随后步骤中将图案蚀刻穿，获得没有上述缺陷的、具有所需尺寸、深度和锥度的载体开口。因此本专利技术涉及一种制造这种载体上的膜的方法。根据本专利技术的一种载体上的膜特别适用于过滤流体，特别是液体，这是因为一方面其有优异的且选择性地分离不同尺寸的颗粒的能力，另一方面其容易应用。根据本专利技术的膜还特别适于分离气体中不同尺寸的颗粒。用连续的两层膜，可以进一步改善这种分离效果。特定尺寸范围的颗粒还可以通过分馏法用两层膜分离开。而且，根据本专利技术的载体上的膜还更能耐受裂纹的产生。这是一显著优点，因为由此载体上的膜的更换频率就会低得多。这提高了处理装置的生产能力利用程度。而且，更少的裂纹的显著优点就是更一致地进行连续分离。另外，与普通过滤器相比，污物也更少。专利技术人相信这是由于膜的较薄且光滑的表面所带来的效果。由于载体上的膜中的膜开口上的特殊设计，根据本专利技术的载体上的膜比其它过滤器还能更容易反冲洗(back flushing)和/或反脉冲，从而简化并提高清洁效果。反冲洗和/和反脉冲还加强了整体过滤效果，这是因为在冲洗之后过滤得更好，而且不用经常或者多次进行反冲洗和/或反脉冲，从而损失较少的处理时间。而且，根据本专利技术的载体上的膜比前述的普通的对照膜更坚固，可以承受更大的压力。附图说明图1示出了载体上的膜的一个实施例的剖面示意图。图1描述了具有若干膜开口14的膜13和载体11，载体两侧上覆盖有额外层12，其中层13可选地可以是保护层。层13例如是Si3N4层，层12例如是SiO2层，层11在本例下是晶体硅，15是载体上的载体开口。另外，层12严格来说不是必需的，在适当情况下可以省略它。图2示出了用来对比的载体上的膜的剖面示意图。现在该载体具有附加的“杯子”21。杯通过两步蚀刻步骤而不是一步蚀刻形成。下侧是用蚀刻技术(DRIE)蚀刻形成的，与上侧不同(由各项同性的湿化法(wet chemical)穿透膜形成)(参见下文的详细说明)。优点是留下了较大部分的硅载体材料，使得晶片更坚固，同时能获得尽量大的有效过滤表面积。杯21的横截面面积是载体开口15的横截面面积的大约一到五十倍，且优选的是二到十倍。载体开口15的直径也可以选择得很小，从而在膜有缺陷时能够很强地限制液体流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，其包含载体上的膜，其中膜具有至少一个膜开口，且载体具有至少一个载体开口，其特征在于，该载体开口具有圆化的横截面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：特伊尔德容斯玛，鲁洛夫博斯，维策尼耶达姆，科内利斯约翰尼斯马里亚梵赖恩，
申请(专利权)人：菲仕兰品牌公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]