專利名稱：一種小孔的制造及它的應(yīng)用的制作方法
一種控制微觀物質(zhì)運(yùn)動的小孔制造方法及理論和該小孔的應(yīng)用方法和應(yīng)用實(shí)例。
在自然界中，如石灰水表面結(jié)成CaCO3薄膜，亞鐵鹽水溶液表面形成Fe(OH)3薄膜等現(xiàn)象均可形成該種小孔，但人們對這種現(xiàn)象的認(rèn)識和利用幾乎是空白。
本發(fā)明的任務(wù)是制造一種特殊的孔，并用它來控制其孔中微觀物質(zhì)的移動，從而設(shè)計出物質(zhì)的選擇與分離；物相的控制，各類化學(xué)反應(yīng)的控制，細(xì)微物體生長控制，能源的轉(zhuǎn)換與轉(zhuǎn)化等應(yīng)用方法和應(yīng)用實(shí)例。
該孔是由A和B反應(yīng)成固相沉淀C，同時C形成A和B之間的界面，A和B通過C中的孔隙互相擴(kuò)散并生成C，使C中的孔隙變小，最后在C中形成A或B不能通過的小孔隙，即是形成了該小孔，其中A和B為分子、原子、離子、電子等一種或多種能擴(kuò)散的微觀物質(zhì)。
根據(jù)A和B的特征，所形成小孔的型態(tài)有所不同情況一當(dāng)A和B體積相差不大時，最后形成的孔兩端大中間小，而且A和B都不能順利通過小孔，如A為Ba2+，B為SO42-時，SO42-和Ba2+都不能通過BaSO4界面中的小孔道。
情況二當(dāng)A與B體積相差較大時，如A或B中體積較小的那種物質(zhì)能夠在C中的小孔自由擴(kuò)散，則將形成細(xì)長的孔道，這種孔道將阻礙A或B中體積較大的那種物質(zhì)的通過，而孔道對體積較小的那種物質(zhì)的阻礙作用很小。如A為Fe3+，B為OH-所形成的Fe(OH)3沉淀中的小孔阻礙Fe3+的通過，而OH-可通過該孔與Fe3+發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
情況三當(dāng)A與B的體積相差較大，其中體積小的那種物質(zhì)不能在C中的小孔內(nèi)自由擴(kuò)散，最后形成的小孔，A和B均不能在C中小孔內(nèi)自由擴(kuò)散，均不能順利通該小孔道。如A為電子，B為CrO42-，C為Cr(OH)3固相沉淀，由于Cr(OH)3不能傳遞電子，所形成的孔長也大于一個電子沖程，因此CrO42-與電子均不能通Cr(OH)3中的孔道。
以上所形成的孔均有著共同的特征第一點(diǎn)對于比孔徑小的分子，原子、離子等物質(zhì)在孔內(nèi)的遷移，通常表現(xiàn)為很小的阻力，而對比孔徑大的物質(zhì)的孔內(nèi)遷移則表現(xiàn)為很大的阻力。而對電子，除該孔壁能傳遞電子的情況外，通常表現(xiàn)為絕緣體性質(zhì)而阻礙電子的傳遞。
第二點(diǎn)在C中所形成的孔，大小、型態(tài)、排列方式基本相同，并且C隨著A與B的互相擴(kuò)散和反應(yīng)中漸漸變得結(jié)實(shí)而堅(jiān)固，所以直接利用界面C，仍能體現(xiàn)第一點(diǎn)特征。
第三點(diǎn)在小孔的狹窄處發(fā)生絕大部分化學(xué)反應(yīng)，如氧化還原反應(yīng)、置換反應(yīng)、轉(zhuǎn)相反應(yīng)，電化反應(yīng)等均會因發(fā)生空間效應(yīng)而阻礙小孔內(nèi)物質(zhì)的正常遷移，甚至小孔狹窄處的電場、磁場也會影響小孔孔徑的大小，而影響小孔內(nèi)物質(zhì)的正常遷移。
由于上述該孔的特征的存在，使得該孔有著非常廣泛的用途。例如一、能源的轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)換。物相的控制使得電池正極與負(fù)極分別能維持在不同的環(huán)境中。如正極采用水作電解液，而負(fù)極采用有機(jī)電解液等，這不僅使得電池的種類大大增加，而且使電池技術(shù)發(fā)生了質(zhì)的飛躍發(fā)展。例如在一張普通的耐酸和堿的紙張中，采用SO42-與Ba2+互相擴(kuò)散在紙中生成BaSO4沉淀，經(jīng)充分?jǐn)U散，BaSO4沉淀中的小孔小到不能通過SO42-和Ba2+。如正極采用硫酸水溶液和二元磺酸溶液，負(fù)極則采用Ba(OH)2水溶液和二元季銨堿液，除去電解液中可溶性的鹽類雜質(zhì)，并以該紙為電池隔膜，便能夠維持電池正極的酸性和負(fù)極的堿性。而電池中的H+與OH-卻能夠很容易通過隔膜，從而可以開發(fā)出很多種高性能低成本的蓄電池。如酸性二氧化錳堿性鋅蓄電池。
如一個應(yīng)用該技術(shù)進(jìn)行能源蓄存和轉(zhuǎn)化的更具體的實(shí)例堿性鋅銅蓄電池在濃堿性條件下，電池基本化學(xué)反應(yīng)如下
銅正極與鋅負(fù)極都有良好的可逆性和較高的質(zhì)能比和體能比，整個反應(yīng)幾乎沒有水參與，故電池電解液濃度和量不發(fā)生變化，電池環(huán)境非常穩(wěn)定，就這一點(diǎn)很有利于電池的完全密封和制成干式電池，有利于電池內(nèi)氫氣的循環(huán)。而且銅和鋅的成本低，并且安全無毒。但是鋅電極在充電過程中很容易發(fā)生鋅枝晶搭接正極，而造成電池的短路。并且CuO在濃堿中溶解度較大，很容易擴(kuò)散到負(fù)極與鋅反應(yīng)成銅，產(chǎn)生的銅很容易將正極與負(fù)極連接而造成電池內(nèi)部短路。而且負(fù)極鋅由于銅的沉積與夾雜，使鋅的析氫腐蝕大大加快，氫氣來不及循環(huán)使電池內(nèi)氣壓升高，使電池易發(fā)生爆炸。同時還造成電池自放電速度加快，正極物向負(fù)極的轉(zhuǎn)移等很多壞處。
應(yīng)用該技術(shù)便能輕而易舉地解決堿性鋅銅蓄電池存在的所有問題。
在一張耐堿的紙上按上述制孔方法，沉積ZnS的小孔界面膜，與另一張含少量MnO2的耐堿紙張疊起來作堿性鋅銅蓄電池的隔膜，CuO正極貼近ZnS界面膜，鋅電極貼近MnO2紙張，電解液采用濃堿液，并向電解液中加入少量的KI或NaI，于ZnS界面膜兩邊的電解液中分別加入SO42-或Ba2+，使ZnS界面膜中擴(kuò)散生成BaSO4沉淀，從而使該膜結(jié)實(shí)、堅(jiān)固，持久，不易被破壞。正極CuO在濃堿液中溶解形成Cu(OH)42-，Cu(OH)42-在ZnS界面中的小孔狹窄處發(fā)生了轉(zhuǎn)相反應(yīng)，在該小孔狹窄處生成CuS新的沉淀，使該小孔變得更小，從而阻止了Cu(OH)42-向鋅電極的擴(kuò)散。而OH-體積很小，它在小孔中遷移阻力很小，故該孔所形成的膜不阻礙電池正常電化反應(yīng)離子的遷移。
在MnO2紙張隔膜中，鋅電極在充電過程中鋅枝晶向正極生長，必定要通過此隔膜才能到達(dá)正極，由于鋅電極的還原性，MnO2將被還原成MnOOH，MnOOH溶解形成Mn(OH)4-，Mn(OH)4-再被鋅電極還原成Mn(OH)2，發(fā)生轉(zhuǎn)相沉淀反應(yīng)，在鋅晶表面形成上述情況三中的Mn(OH)2沉淀膜，Mn(OH)4-與Zn(OH)42-和電子都不能通過Mn(OH)2膜中的小孔道，這即表明該隔膜中鋅的生成反應(yīng)受到抑制。
到充電后期，正極充分生成CuO，隨著充電電勢的增加，正極和ZnS隔膜上發(fā)生了I-被氧化成IO-的反應(yīng)，IO-擴(kuò)散到負(fù)極又被鋅還原成I-形成自放電，從而防止了電池的過充，同時生成的IO-又能將MnO2隔膜中的Mn(OH)2氧化成為MnO2，使MnO2達(dá)到循環(huán)利用。整個電池形成了銅和鋅的可逆循環(huán)，I-的可逆循環(huán)，MnO2的可逆循環(huán)，H2的可逆循環(huán)，這些都大大增加了堿性鋅銅蓄電池的使用壽命和性能。
二、物質(zhì)的提純與分離。例如Ca(OH)2溶液與CO2氣體互相擴(kuò)散生成的CaCO3膜中的小孔，CO2在小孔中的遷移就很困難，而O2、H2、N2等氣體在孔中的遷移阻力卻很小，這樣利用該膜分離出混和氣體中的CO2不僅不耗能源，而且不消耗物資。
三、該小孔的形成利用方法。如已知某物D能產(chǎn)生一種或多種微觀物質(zhì)A，則可由A設(shè)計或?qū)ふ乙环N或多種微觀物質(zhì)B，A和B反應(yīng)，并在該物D表面生成固相沉淀C形成界面，并且在界面C中形成小孔，該小孔控制著該物D對物質(zhì)的攝取和排泄，從而影響物D的生長，物D可為細(xì)胞，病毒以及它們體內(nèi)的粒子，也可是晶胞等細(xì)小物粒，這為控制物質(zhì)微粒的增長，找到了新方法。
四、控制物質(zhì)在小孔中的運(yùn)動。根據(jù)上述小孔共同特征第三點(diǎn)，在小孔狹窄處置一個很小的導(dǎo)電電極作為控制電極，依控制電極的電狀態(tài)和磁狀態(tài)，以及由這些電和磁引起的效應(yīng)來控制孔中物質(zhì)的遷移。因?yàn)殡姌O和孔非常小，所以靈敏度非常高，控制電極上的電磁狀態(tài)可人為發(fā)定，再于小孔的兩端各引一個電極，這兩個電極作用能使小孔中的離子發(fā)生遷移，同時在小孔中遷移的離子受控制于控制電極，這便是所謂的納米三極管了。如果在小孔中遷移運(yùn)動的是電子或質(zhì)子，無論控制電極使小孔狹窄處變得多么的狹窄均不能使體積非常小的電子和質(zhì)子遷移產(chǎn)生足夠的空間阻力。如依這種理論，由電子控制電子運(yùn)動的納米三極管很難實(shí)現(xiàn)。
這種小孔的應(yīng)用具體方法和實(shí)例遠(yuǎn)不局限于這些，本人所列舉的這些只能取到拋磚引玉的作用。
權(quán)利要求
1.一種小孔的制造方法，其特征在于它是由A和B反應(yīng)生成固相沉淀C，C又形成A和B之間的界面。A和B通過C中的孔隙互相擴(kuò)散并生成C，而使C中的孔隙變小，最后在C中形成A或B不能通過的小孔。其中A和B為分子、原子、離子、電子等一種或多種微觀物質(zhì)。
2.一種小孔的形成利用方法，其特征在于已知其物D產(chǎn)生一種或多種微觀物質(zhì)A，則可由A設(shè)計或?qū)ふ乙环N或多種微觀物質(zhì)B，A和B反應(yīng)，并在該物D表面生成固相沉淀界面C，并在界面C中形成小孔，該小孔控制著物D對物質(zhì)的攝取和排泄。
3.一種小孔的利用方法，其特征在于按權(quán)利要求1所制造的小孔，用于阻礙體積比小孔狹窄處的孔徑大的物質(zhì)的遷移，或用于阻礙電子的傳遞。
4.一種小孔的利用方法，其特征在于按權(quán)利要求1所制造的小孔，于小孔狹窄處置入或存在化學(xué)物質(zhì)，在小孔中遷移的物質(zhì)與該化學(xué)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而使小孔狹窄處變得更小，從而阻礙該遷移物在小孔中的遷移。
5.一種小孔的利用方法，其特征在于按權(quán)利要求1所制造的小孔，于小孔狹窄處置入電極作控制電極，依控制電極上的電狀態(tài)和磁狀態(tài)以及由這些電和磁引起的效應(yīng)來控制孔中物質(zhì)的遷移。
6.一種小孔的利用方法，其特征在于按照權(quán)利要求5所制的帶控制電極的小孔，在小孔的兩端各引一個電極，這兩個電極的作用能使小孔中離子發(fā)生移動，同時小孔中移動的離子受控制于控制電極。
7.一種小孔的應(yīng)用實(shí)例，其特征在于按權(quán)利要求2和權(quán)利要求3，該物D是堿性溶液中的鋅粉，能夠產(chǎn)生的物質(zhì)A是電子，由A尋找到的物質(zhì)B是MnO2被還原后形成的Mn(OH)4-；電子和Mn(OH)4-反應(yīng)并在鋅粉表面生成固相沉淀C是Mn(OH)2；Mn(OH)2中小孔阻礙Zn(OH)42-、Mn(OH)4-和電子的遷移。
8.一種小孔的應(yīng)用實(shí)例，其特征在于按權(quán)利要求4在小孔狹窄處置入或存在的化學(xué)物質(zhì)是ZnS，在孔中遷移的物質(zhì)是Cu(OH)42-；ZnS與Cu(OH)42-發(fā)生化學(xué)反應(yīng)成CuS固體沉淀，使小孔狹窄處變小，阻礙Cu(OH)42-在小孔中的遷移。
全文摘要
一種控制微觀物質(zhì)運(yùn)動的小孔制造方法及理論和該小孔的應(yīng)用方法和應(yīng)用實(shí)例。該小孔是由A和B反應(yīng)生成固相沉淀C，同時C形成A和B之間的界面。A和B通過C中的孔隙互相擴(kuò)散并生成C，使C中的孔隙變小，最后形成該小孔。其中A和B為分子、離子、原子、電子等一種或多種微觀物質(zhì)，再利用小孔體積效應(yīng)來控制小孔內(nèi)物質(zhì)的遷移，從而設(shè)計出物質(zhì)的選擇與分離、物相的控制、各類化學(xué)反應(yīng)的控制、細(xì)微物體生長的控制、能源的轉(zhuǎn)換與轉(zhuǎn)化等應(yīng)用方法和應(yīng)用實(shí)例。
文檔編號B01D71/02GK1792418SQ200510125270
公開日2006年6月28日 申請日期2005年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月21日
發(fā)明者傅平華 申請人:傅平華