[發明專利]用于制造納米孔薄膜的方法、納米孔薄膜及其應用

在審

• 申請號: 202011196436.4
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112248422A
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 周向前;伊沃·朗格諾
• 申請（專利權）人: 上海贏冠科技有限公司
• 主分類號: B29C59/00
• 分類號: B29C59/00;B29C59/02;B29C59/04;B29C59/14;B29C35/02;B29C37/00;B01D71/06;B01D71/02;B01D69/02;B01D67/00;B01D61/00;B29L7/00
• 代理公司: 中國貿促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 張豐豪

本公開涉及一種用于制造納米孔薄膜的方法，包括：材料準備工序，其中，準備或鋪設用于制造薄膜的膜體，并將膜體傳送至壓印工位；納米孔壓印工序，其中，利用壓印裝置在膜體上受控地壓印出呈預定陣列布置的納米孔，納米孔至少伸入到膜體的一部分厚度中，壓印裝置上設置有用于形成納米孔的、呈預定陣列布置的壓印元件，壓印元件構造成壓印模具上的突出結構陣列；和固化工序，其中，將已經壓印出納米孔的膜體通過發光裝置或發熱裝置傳遞能量進行光化學反應或熱化學反應而固化，以使其形成具有期望機械強度的膜體。制造的薄膜可用在口罩或防護服、空氣凈化裝置、水或油的純化過濾設備、血液透析儀器的過濾設備、鋰電池、或海水淡化的反滲透薄膜中。

技術領域

本公開總體上涉及納米材料的制備領域。特別地，本公開涉及一種用于制造納米孔薄膜的方法、所制造的納米孔薄膜及其應用。

背景技術

用于過濾顆粒物(比如超細顆粒)的薄膜具有廣泛的應用，比如，其可以用在口罩或防護服中來阻擋病毒顆粒、用在空氣凈化裝置中來阻擋空氣中的污染物顆粒、用在血液透析儀器的過濾設備中來過濾血液、或者用在水或油過濾設備中來對水或油進行純化、還有用在鋰電池中用作隔膜、海水淡化的反滲透薄膜。

用于過濾顆粒物的薄膜通常包含大量的小孔。這些小孔一方面要能夠使攜帶顆粒物的流體(比如空氣、水、油或血液等)順暢地通過，另一方面又要能夠有效地阻擋期望被過濾的顆粒物(比如，病毒顆粒、污染物顆粒、水或油中的雜質顆粒等)，因此，小孔的孔徑通常要綜合被過濾的顆粒物的尺寸以及攜帶該顆粒物的流體的通過率來進行綜合選擇。

通常來講，用于過濾顆粒物的薄膜的小孔孔徑要小于被過濾的顆粒物的粒徑。以口罩為例，目前市場上出售的KN95口罩可以阻止大約95％的粒徑在0.3微米以上的顆粒。然而，隨著新冠病毒所引發的全球疫情，人們發現這種KN95口罩并不能夠很好的阻止病毒。比如，典型的病毒尺寸通常在130納米(0.13微米)左右，盡管KN95口罩可以有效地阻止附著在其它大顆粒(比如飛沫)上的病毒，但是單個病毒顆粒卻可以暢通無阻的通過KN95口罩并進入人體，從而減弱了KN95口罩的防護性能。2020年7月初，239個科學家發表聯名信，強調新冠病毒在空氣中傳播的嚴重性。就是因為飛沫進入空氣，水分蒸發后飛沫中的病毒當然只能游離在空氣中了。

為了有效地過濾病毒顆粒，通常的做法是進一步降低薄膜的小孔孔徑。然而，這并不容易做到。比如，目前的口罩通常利用單層或多層熔噴布作為薄膜過濾材料。熔噴布是將微細的纖維隨機地堆積到多孔襯底膜材料上而形成的。由于是隨機堆積，一方面，熔噴布中的小孔孔徑大小不一(大部分孔徑足夠小，但仍有一部分孔徑非常大)，降低了熔噴布的過濾效率；另一方面，熔噴布中的小孔通道彎彎曲曲，不僅導致小孔的實際透氣面積占熔噴布的總面積的比例大大降低，而且彎曲通道還極大地增加了空氣阻力，從而導致使用者呼吸困難。另外，使用熔噴布使得口罩不透明，佩戴口罩損害了臉部美觀。

為此，期望獲得一種納米孔薄膜，其不僅具有足夠小的、孔徑可控的孔來實現超細顆粒的高效過濾，而且還具有期望的低流體阻力，使得流體(比如空氣)可以順暢地通過，而且薄膜材料帶來透明性。

另外，鋰電池是當今世界清潔能源的重要來源和希望。然而，當今鋰電池仍然不能滿足人們的需求。無論是鋰電池的安全性還是能量密度都不盡人意，其原因之一是鋰電池隔膜不理想。隔膜既要讓鋰離子通過，又不能短路，還要防止鋰樹枝晶刺穿隔膜。目前鋰電池隔膜無論從材料、工藝和結構都不能滿足理想鋰電池的要求。鋰粒子通過的隔膜需要小孔，這些小孔目前是通過拉伸技術拉伸出來的。拉伸出來的小孔孔徑不一，一般從40納米到150納米都有，而且不能排除更大孔徑的小孔。為了拉出納米級小孔，隔膜材料不能太硬，這使得鋰樹枝晶容易刺穿隔膜，造成鋰電池短路起火和爆炸事故。因此，需要一種能夠克服目前鋰電池隔膜的缺點的隔膜材料，其應具備均勻的小孔孔徑(50納米至150納米)、以及具有耐高溫和大硬度等特點。

發明內容