[发明专利]一种功能流体门控系统

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及一种功能流体门控系统，属于功能材料和器件领域。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明的技术方案为：

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。