[發明專利]一種微孔內材料固液換流裝置及方法

在審

• 申請號: 202110581806.4
• 申請日: 2021-05-24
• 公開（公告）號: CN113372502A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 牛萬灝;陳小明;王春江;王碩邦;邵金友;徐超凡;李祥明;陳小亮
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C08F271/02
• 分類號: C08F271/02;C08F220/54;C08F220/14;C08F2/48;B33Y80/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 弋才富

1.一種微孔內材料固液換流裝置，包括裝置外殼(1)，其特征在于，裝置外殼(1)通過固定卡爪(8)固定有工作室(2)，工作室(2)內部包含三個工作空間，分別為A工作空間(3)、B工作空間(5)和C工作空間(7)，三者通過鏤空的工作空間隔板(6)隔開，工作空間隔板(6)上根據需求安裝固定夾(4)；裝置外殼(1)內另一側上方設置有與工作室(2)相連通的過濾室(11)，過濾室(11)內設置水位傳感器(10)，以及其底部設置濾紙層(12)；過濾室(11)下方空間設置有水泵(14)，水泵(14)出水口與工作室(2)進水口相連通。

2.基于權利要求所述的一種微孔內材料固液換流裝置的固液換流方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)利用3D打印技術、立體光刻技術制備所需二維的光刻微溝道模具、三維結構的可溶性樹脂模具或PDMS模具，并做相應后處理；

(2)將成型的模具用待成型的液態不溶性材料包覆，待不溶性材料凝固，完成微孔結構的成型；

(3)根據可溶的二維、三維模具表面屬性和預計使用的溶解液的屬性，以及相互作用的關系進行界面及環境調控，PDMS模具不需要調控；

(4)將完成界面及環境調控的模具置于換流裝置內，夾緊，準備強制固液換流；

(5)啟動換流裝置，待過濾室內溶液中可溶性材料濃度下降至設置閾值時停止工作，完成微孔內的固液換流。

3.根據權利要求2所述的一種微孔內材料固液換流方法，其特征在于，

所述的二維光刻微溝道模具為使用商用AZ4620光刻膠經光刻、顯影得到的光刻微溝道模具；

所述的三維結構的可溶性樹脂模具為可溶性光敏樹脂，其材料配制包括，按重量分數計：選擇共聚單體N，N-二甲基丙烯酰胺或丙烯酰胺40-60份，甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯或丙烯酸鈉40-60份，交聯裂解劑甲基丙烯酸酐或N，N-亞甲基雙丙烯酰胺40-50份在40-60℃的油浴加熱下混合，然后分別加入填充物90-120份、光引發劑10-20份分散均勻；填充物包括聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮或甲基纖維素；光引發劑包括?；⒀趸锘螂p苯甲?；交趸ⅰ?/p>

4.根據權利要求2所述的一種微孔內材料固液換流方法，其特征在于，所述的后處理為可溶性樹脂模具內部未固化樹脂的清除以及后續的紫外光過曝，以達到所設計的樹脂模具的完全固化成型。

5.根據權利要求2所述的一種微孔內材料固液換流方法，其特征在于，所述的液態不溶性材料包括但不限于以下之一：石蠟、PDMS、硅橡膠、環氧樹脂。

6.根據權利要求2所述的一種微孔內材料固液換流方法，其特征在于，所述的溶解液包括但不限于以下之一：1-5mol/L的NaOH溶液、1-5mol/L的KOH溶液、1-10mol/L的HCL溶液、1-3mol/L的H2SO4溶液、DMF或丁胺有機溶劑。

7.根據權利要求2所述的一種微孔內材料固液換流方法，其特征在于，所述的界面調控是針對選取的溶解液濃度、粘度，以及可溶性材料表面光潔度、親疏水性的屬性進行調控，及對二者相互作用關系的平衡；選用溶解液若為無機溶液，需根據微孔結構基體的材料調整其濃度，使其接觸角盡量小，使溶解液更容易進入微孔結構，與可溶性模具進行接觸；選用溶解液若為有機溶液，則需根據微孔結構基體的材料選用使接觸角盡量小的有機溶液，同樣使溶解液更容易進入微孔結構，與可溶性模具進行接觸。

8.根據權利要求2所述的一種微孔內材料固液換流方法，其特征在于，所述的環境調控是針對選定溶解液的最佳工作環境選擇，所選溶解液若為易揮發溶液，應選用高壓低溫環境，以減少其揮發，提高其利用率；所選溶解液若為高熔點有機溶液，應選用較高溫環境，以保證其具有足夠的流動性。

9.根據權利要求2所述的一種微孔內材料固液換流方法，其特征在于，所述的步驟(4)的置于換流裝置，具體為：針對三維結構，使用工作空間隔板(6)將其在垂直水平面方向固定；針對二維結構，使用固定夾(4)將其固定。

10.根據權利要求2所述的一種微孔內材料固液換流方法，其特征在于，所述的步驟(5)具體為：為水泵(14)供5-12V直流電，啟動整個循環，強制水流首先通過水泵增壓進入工作室底部，進而在水壓作用下往上流動，依次通過三個工作空間，對待處理工件進行強制固液換流，待水位超過工作室(2)與過濾室(11)之間的隔板時，換流廢液進入過濾室(11)，通過濾紙(12)的過濾再次進入水泵，進入下一個換流循環，水位傳感器(10)實時監測過濾室(11)內水位，超過閾值時自動關閉水泵(14)，待水位下降至安全值再次啟動，以此避免廢液未經處理就進入下一個循環。