[发明专利]基于光电材料修饰的光能/渗透能集成的仿生纳流体器件

权利要求书

1.基于光电材料修饰的光能/渗透能集成的膜材料，其特征在于，

包括子弹型氧化铝纳米通道膜和无机氧化物纳米层；

所述子弹型氧化铝纳米通道膜上具有多个子弹型纳米通道，所述子弹型纳米通道的两端分别为大孔端和小孔端，多个所述子弹型纳米通道的大孔端位于所述子弹型氧化铝纳米通道膜的同一侧；

所述无机氧化物纳米层涂覆到所述子弹型氧化铝纳米通道膜具有大孔端的一侧，由硅烷偶联剂改性的无机氧化物纳米颗粒制成。

2.根据权利要求1所述的基于光电材料修饰的光能/渗透能集成的膜材料，其特征在于，

所述子弹型氧化铝纳米通道膜厚度为50-60μm，所述大孔端的孔径为55±5nm，所述小孔端的孔径为15-25nm；

所述无机氧化物纳米层厚度为200-540nm；

所述硅烷偶联剂为APTES；

所述无机氧化物纳米颗粒为ZnO纳米颗粒或SnO₂纳米颗粒，粒径为30-200nm。

3.根据权利要求1或2所述的基于光电材料修饰的光能/渗透能集成的膜材料，其特征在于，

还包括光敏染料修饰层；

所述光敏染料修饰层覆合于所述子弹型纳米通道内壁和无机氧化物纳米颗粒表面。

4.基于光电材料修饰的光能/渗透能集成的膜材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)以铝片为原料，采用电化学阳极氧化法制备一侧具有多个凹洞的氧化铝纳米薄膜，再用磷酸对薄膜未开孔的一侧进行扩孔，制备得到子弹型氧化铝纳米通道膜，清洗、吹干备用；

(2)以步骤(1)中所述的子弹型氧化铝纳米通道膜为基底，使用匀胶机将硅烷偶联剂改性的无机氧化物纳米颗粒均匀涂覆于所述子弹型氧化铝纳米通道膜上形成凹洞的一侧，煅烧，在所述子弹型氧化铝纳米通道膜表面形成无机氧化物纳米层，组成无机异质膜。

5.根据权利要求4所述的基于光电材料修饰的光能/渗透能集成的膜材料的制备方法，其特征在于，

所述步骤(1)中，

将抛光的铝片置于草酸电解液中，以不锈钢为对电极，进行第一次阳极氧化；腐蚀去除第一次氧化层，进行第二次阳极氧化；第二次氧化后去除朝向对电极一侧的氧化层以及剩余的铝层，得到一侧具有多个凹洞的氧化铝纳米薄膜；

使用质量分数6％的磷酸溶液在薄膜未开孔的一侧进行扩孔处理，处理22-25min后使用高纯水清洗、吹干。

6.根据权利要求4所述的基于光电材料修饰的光能/渗透能集成的膜材料的制备方法，其特征在于，

所述步骤(2)中，

将硅烷偶联剂改性的无机氧化物纳米颗粒分散到PVA水凝胶中，反复搅拌、超声处理，静置，取上层清液；使用匀胶机将上层清液均匀涂覆到所述子弹型氧化铝纳米通道膜上形成凹洞的一侧；煅烧除去溶剂，使涂覆层成膜；

PVA水凝胶质量分数为15-25％；

匀胶机转速为800-2400r/min；涂覆处理时间为1-2min；涂覆过程使用的上层清液体积为400-1600μL/cm²；

煅烧温度为280-320℃，恒温2h后降温7-9h。

7.根据权利要求4所述的基于光电材料修饰的光能/渗透能集成的膜材料的制备方法，其特征在于，

还包括步骤(3)：

在步骤(2)所述无机异质膜内，界面驱动组装光敏染料分子，形成光敏染料修饰层，组成有机/无机杂化膜；

所述步骤(3)中，

对无机异质膜中的子弹型纳米通道进行氨基化处理，清洗晾干后将无机异质膜放置在两个修饰槽的中间连接处；无机氧化物纳米层一侧槽体内注入光敏染料溶液，另一侧槽体加入乙醇试剂，修饰后用乙醇试剂清洗，自然晾干，得到有机/无机杂化膜；

所述氨基化处理为使用体积分数20％的APTES的丙酮溶液浸泡无机异质膜，每一面浸泡10-15min；氨基化处理后依次使用丙酮、去离子水清洗；

光敏染料为N719或N3染料；修饰时间为4-6h。