第六章 薄膜材料 第五节 分离薄膜
生物分离技术：Chapter 5 膜分离
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▪ 反渗透：是一种以压力差为推动力，从溶液中分离 出溶剂的膜分离操作，孔径范围在0.0001
~0.001 μm之间；（由于分离的溶剂分子往往很小， 不能忽略渗透压的作用，故而成为反渗透）；
被膜分开的流体相物质是液体或气体 膜的厚度应在0.5mm以下，否则不能称其
为膜。
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膜分离技术的类型和定义
膜分离过程的实质是物质透过或被截留于膜 的过程，近似于筛分过程，依据滤膜孔径大 小而达到物质分离的目的，故而可以按分离 粒子大小进行分类：
▪ 微滤：以多孔细小薄膜为过滤介质，压力为推 动力，使不溶性物质得以分离的操作，孔径分 布范围在0.025~14μm之间；
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5.2.3 各种膜材料
天然物质的衍生物：醋酸纤维，乙酸丁酯 纤维，再生纤维素等
合成材料—聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺、聚 苯丙异咪唑、聚碳酸酯
无机材料—陶瓷、微孔玻璃、不锈钢和碳 素
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5.2.4 纤维素和聚砜
纤维素膜：要自由羟基取代。
醋酸纤维膜：优点—①透过速度大，截留盐能力强， 适宜于制备反渗透膜 ②制造较易 ③原料丰富 缺点—①最高使用温度30℃②pH最适宜操作范 围4—6，不能超过2~8，消毒与清洗困难 ③易与氯 相作用④易受细菌侵蚀
微孔滤膜的应用范围主要是从气相和液相中截留微粒、细菌以 及其它污染物，以达到净化、分离、浓缩的目的；
特点： 1、截留大小在0.1UM以上的物质， 2、通常作为物料的除菌及澄清过滤；也常作为超滤、纳滤、反 渗透的预过滤 3、通量大、运行成本低；
2、超滤（UF）
一种能够将溶液进行净化、分离、浓缩的膜分离技术 ，
薄膜材料
4.其它薄膜
无机陶瓷过滤膜:膜分离是利用一张特殊制造的、具 有选择透过性能的薄膜（厚度从几微米、几十微米至 几百微米之间），在外力推动下对混合物进行分离、 提纯、浓缩的一种分离新方法。这种膜必须具有使某 些物质通过、某些物质不能通过的特性。根据膜皮层 空隙大小膜可分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透 等。
阵列氧化锌纳米膜
2. 磁性薄膜：随着磁记录存储密度的不断提高， 由纳米尺度的铁磁金属颗粒如Fe、Co、Ni及其 合金等构成的磁性颗粒膜引起了人们极大的注 意，成为当前研究的热点。 Fe—Co合金薄膜，该合金薄膜中Fe的质量分数 为52％～86％，薄膜具有高度密集的细粒结构， 表面平滑光亮。特别适宜作薄膜磁头的磁极。
3.光学薄膜：差不多所有光学薄膜的特性都是基 于薄膜内的干涉效应。利用光学干涉薄膜可得 到各仲各样的光学特性。它可以减少表面的反 射率，增加元件的透射率。或者增加表面反射 率，减少透射率，或者在一个波段内给出高的 反射率、低的透射率，而在其余的波段则有低 的反射率、高的透射率，也可以使不同的偏振 平面有不同的特性等等。
薄膜材料
薄膜材料 本课程的主要内容 薄膜材料的应用
第一章 概 述
一、薄膜的定义
薄膜是一种二维材料，它在厚度方向上的尺寸很小，往往为 纳米至微米量级。薄膜是一种人造材料，其结构和性质与制备方 法和工艺条件密切相关。 从宏观上讲，薄膜是位于两个平面之间的一层物质，其厚度 与另外两维的尺寸相比要小得多。从微观角度来讲，薄膜是由原 子或原子团凝聚而成的二维材料。但是究竟“薄”至何等尺度才 可以认为是薄膜，并没有严格的界限。
热蒸发气相沉积法又叫真空蒸镀方法，它是在真至下 热蒸发气相沉积法 加热蒸发材料(蒸镀材料)．使其蒸发粒子沉积在基板表 面形成薄膜的一种方法．按照加热方式，热蒸发气相 沉积方法分为电阻加热、闪电加热、激光加热和电子 束加热等真空蒸镀方法，其中电阻加热方法是最常用 的方法，它是用钨、铂等灯丝直接加热蒸发材料，或 者把蒸发材料放在坩埚里间接加热，高熔点材料一般 用电子束加热方法，石墨等物质用电弧沉积方法．
pet离型膜材料
pet离型膜材料
PET离型膜（Polyethylene Terephthalate Release Film）是一种以聚对苯二甲酸乙二醇酯（聚酯类）为原料制成的薄膜材料。
它具有以下特点和应用：特点：
1.耐热性：PET离型膜具有较好的耐高温性能，在高温下不易变形或软化，适合在高温环境下使用。
2.化学稳定性：对化学品的耐腐蚀性好，具有良好的化学稳定性。
3.机械性能：具有一定的强度和韧性，使其适用于需要承受一定力量或拉伸的应用场景。
4.表面光滑性：具有光滑的表面，适合作为表面涂层或覆盖材料。
5.优良的电绝缘性能：在电子行业应用广泛，可用作绝缘材料。
应用领域：
1.粘合剂制造：PET离型膜常用于粘合剂生产中，作为粘合剂的分离和保护层，以确保粘合剂的质量和易于应用。
2.复合材料制造：作为复合材料的一部分，用于涂覆表面以获得更好的外观和性能。
3.电子行业：在电子产品制造中，用作电子零部件的绝缘材料。
4.塑料成型：在塑料成型工艺中，用作模具表面的分离层，以便于取模和加工。
5.医疗器械制造：在某些医疗器械的制造过程中，作为隔离材料或保护层。
总的来说，PET离型膜因其耐热、化学稳定性以及适应性广泛，在工业制造、电子、医疗等领域都有着重要的应用价值。
锂镁分离薄膜材料
锂镁分离薄膜材料1. 引言锂和镁是两种重要的金属元素，在工业生产和科学研究中具有广泛的应用。
然而，由于它们的物理和化学性质相似，常常需要通过一系列分离和纯化步骤来获得高纯度的锂和镁。
其中一种常见的分离方法是使用薄膜材料进行分离。
本文将介绍锂镁分离薄膜材料的研究进展、性能要求及其应用前景。
2. 锂镁分离薄膜材料的研究进展锂镁分离薄膜材料的研究始于20世纪60年代，随着纳米科技的发展，研究者们不断提出新的材料和方法来提高分离效率和选择性。
以下是一些常见的锂镁分离薄膜材料及其研究进展：2.1 有机聚合物薄膜有机聚合物薄膜是一种常见的锂镁分离薄膜材料。
例如，聚酰胺薄膜具有良好的渗透性和选择性，可以通过调节膜的孔径和化学结构来实现对锂和镁的分离。
2.2 无机陶瓷薄膜无机陶瓷薄膜由氧化物、氮化物或硅酸盐等材料制成。
这些材料具有较高的热稳定性和化学稳定性，适用于高温条件下的锂镁分离。
例如，氧化锆薄膜可以通过调节氧化锆的晶相和微结构来改变其分离性能。
2.3 复合薄膜复合薄膜由不同材料的层状结构组成，可以通过优化层状结构和界面交互作用来实现锂镁分离。
例如，聚合物/无机陶瓷复合薄膜具有较高的选择性和渗透性，可以在不同温度和压力条件下实现锂镁分离。
3. 锂镁分离薄膜材料的性能要求锂镁分离薄膜材料需要具备以下性能要求：3.1 高渗透性薄膜材料需要具有较高的渗透性，以便锂和镁离子能够快速通过膜层，实现高效的分离。
3.2 高选择性薄膜材料需要具有高选择性，即只允许锂或镁离子通过，以实现有效的分离。
3.3 良好的化学稳定性薄膜材料需要具有良好的化学稳定性，能够在分离过程中保持其结构和性能的稳定性。
3.4 良好的机械强度薄膜材料需要具有足够的机械强度，以抵抗外部应力和压力的影响，保证其长期稳定性。
4. 锂镁分离薄膜材料的应用前景锂镁分离薄膜材料在以下领域具有广阔的应用前景：4.1 电池材料锂离子电池是目前最常见的可充电电池，而镁离子电池被认为是一种有潜力的替代技术。
第五章 膜分离技术 反渗透,熔盐电解,膜分离
◆ 不管膜多薄, 它必须有两个界面。这两个界面分别与 两侧的流体相接触 ◆ 膜传质有选择性，它可以使流体相中的一种或几种物 质透过，而不允许其它物质透过。
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选择性透膜
膜上游 透膜 膜下游 膜分离过程原理：以选择性透膜为分离介质， 通过在膜两边施加一个推动力（如浓度差、压 力差或电位差等）时，使原料侧组分选择性地 透过膜，以达到分离提纯的目的。通常膜原料 侧称为膜上游，透过侧称为膜下游。
Jw
W
A
R c1 c2 c1
W—透水量，A—膜的有效面积，τ—时间 c1—料液中溶质浓度， c2—透过液中溶质浓度
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1.5 膜分离过程的类型
分离膜的基本功能是从物质群中有选 择地透过或输送特定的物质，如颗粒、分 子、离子等。或者说，物质的分离是通过 膜的选择性透过实现的。几种主要的膜分 离过程及其传递机理如表2所示。
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4. 按膜的结构分类
按膜的结构分为： 对称膜(Symmetric Membrane) 非对称膜(Asymmetric Membrane) 复合膜(Composite Membrane)
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1.4 膜过滤的基础理论
通透量理论：一种基于粒子悬浊液在毛细管内流 动的毛细管理论。
水通量（Jw）和截留率（R）
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分离膜种类
高分子膜
分
离
膜
液体膜
生物膜
带电膜 非带电膜
阳离子膜
阴离子膜 过滤膜 精密过滤膜 超滤膜 纳米滤膜 反渗透膜
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1.2 膜分离技术发展简史
✓ 高分子膜的分离功能很早就已发现。1748年，耐 克特（A. Nelkt）发现水能自动地扩散到装有酒精 的猪膀胱内，开创了膜渗透的研究。
第六章电子封装中至关重要的膜材料与膜技术
电阻薄膜材料
④ 单相薄膜具有正TCR和较低的电阻，但组成复合系，如 NiCr等，由于各成分的TCR相抵消，使TCR变小，阻值升高。 ⑤ 基板表面沾污、凹凸等表面状态、基板加热温度、基板材 质、成膜速率等都会造成特性的分散，并影响稳定性等。
电阻薄膜材料
电阻薄膜材料
6.4 电路图形的形成方法
应用于电子工业的膜层，例如电子元器件制造、电子封 装、平板显示器等，都需要形成电路图形。电路图形的 形成方法很多，主要有: 填平法 蚀刻法 掩模法 厚膜印刷（丝网印刷）法 喷沙法
填平法
先将光刻胶涂敷（甩胶）或将光刻胶干膜贴附 （贴膜）于基板表面，经光刻形成“负”的电路图形， 即没有电路的部分保留光刻胶。以此负图形为“模 型”，在其槽中印入导电浆料或沉积金属膜层，即所 谓“填干”。最后将残留的光刻胶剥离。这种方法缺 点是，采用印刷法填干时，导电胶膜中容易混入气泡。
导体薄膜材料
除了半导体与金属间连接应注意的上述事项之外，对 于其他布线及电极用的导体材料，应具有下述特性： ①电导率要高； ②对电路元件不产生有害影响，为欧姆连接； ③热导率高、机械强度高，对于碱金属离子及湿度等 的电化学反应要尽量小； ④置于高温状态，电气特性也不发生变化，不发生蠕 变现象； ⑤附着力大，成膜及形成图形容易； ⑥可形成电阻、电容，可进行选择性蚀刻； ⑦可进行Au丝、AI丝引线键合及焊接等加工。
电阻薄膜材料
薄膜电阻通常采用真空蒸镀、溅射镀膜、热分解、电镀 等方法制作，在这些薄膜制作方法中，一般会对其电气特性 产生如下影响： ① 薄的膜层对传导电子产生表面散射，由此造成TCR减小、 电阻率升高。 ② 若膜层中含有过量的杂质、缺陷及真空中的残留气体，由 于引起电子散射，使TCR变小，长期稳定性变差。 ③ 在金属一绝缘体、金属陶瓷等多相系中，因组分比易发生 偏离，膜的均匀性不好，由于过剩成分的氧化，稳定性差。
相分离法制薄膜
在所有制膜方法中，相转化法是最主要也是最实用的一种方法。
相转化是指将均质的制膜液通过溶剂的挥发或相溶液加入非溶剂或加热制膜液,使液相转变为固相的过程。
高分子溶液分相后，高分子富相固化成多孔膜结构，而高分子贫相占据孔空间。
按相转化的诱因，成膜过程可分为：温度改变过程(热致相转化)；浓度改变过程(从蒸汽相添加非溶剂、溶剂蒸发、浸入非溶剂)。
其中浸入非溶剂的方法具有速率快，并可控制产生各种结构的特点，为主要研究对象。
1960年Loeb和Sourirajan第一次采用相转化法制作不对称结构的反渗透膜，这种制膜法又称为L-S型制膜法。
相转化制膜工艺中重要的方法就是L-S型制膜法。
L-S型制膜法大致可分为以下六个阶段：
(1)高分子材料溶解于溶剂中，并加入添加剂，制成铸膜液。
(2)铸膜液通过流涎法法制成平板型、圆管型、用纺丝法制成中空纤维。
(3)将膜中的溶剂部分挥发。
(4)将膜浸渍在对高分子来说是凝固剂的液体中,液态的膜在水中便凝胶固化。
(5) 进行热处理，该步骤不一定都采用，可针对膜的材料和种类的不同而分别对待。
(6)膜的预压处理，从而使膜结构稳定。
相转化法一般分为湿法和干/湿法，湿法是指形成初生态膜之后，直接浸入凝固浴，通过溶剂与凝固浴中非溶剂的相互交换,使溶剂与聚合物相分离，形成膜;干/湿法是初生态膜浸入凝固浴之前有一个溶剂蒸发的过程，之后将膜浸入凝固浴使溶剂与非溶剂进行交换，最后达到相分离。
分离工程第五章
分离原理 筛分 筛分 筛分 筛分
应用举例 除菌，回收菌体，分离病毒 蛋白质等大分子的回收与浓缩
脱盐，淡水制造 脱盐，除变性剂
电渗析(ED)
电位差
荷电、筛分
脱盐,氨基酸与有机酸的分离
渗透气化(PV) 压差、温差 溶质与膜的亲和作用 共沸物的分离（如乙醇浓缩）
生物分离中最常用的膜分离技术是：超滤、微滤和反渗透。
Jv
k
ln
cm cb
cp cp
由凝胶极化模型可知，Cb=Cg时，Jv=0。故可根 据稳态操作条件下Jv与Cb的试验数据，推算溶 质形成凝胶层的浓度Cg值。
Jlim
k
ln
cg cb
第六节 膜分离操作
一、浓缩操作
用于菌体或蛋 白质浓缩的膜 分离过程有三 种操作方式： 开路循环、闭 路循环和连续 浓缩操作。
三、透析
定义：利用透析膜（具有 一定孔径大小，高分子溶 质不能透过的亲水膜）将 料液与透析液（纯水或缓 冲液）分隔，在浓差作用 下，料液中小分子溶质进 入透析液，而透析液中的 水进入料液。
应用：临床上常用于血液透析；生物分 离中主要用于生物大分子溶液的脱盐。
特点：以浓差为推动力，膜透过通量很 小，不适于大规模生物分离过程，多在 实验室中应用。
二、流速
主要影响传质系数k，从而影响透过通量。 化工原理中有许多经验公式描述传质系
数与流速的关系，流速增大，传质系数 提高，透过通量也增大。 另外，流速增大，也有减弱浓度极化或 凝胶极化的作用。
三、压力
压力较小时，无浓度极化现象发生，
Jv与p呈J v线性关p系L：Rm
cb
－ 若没有浓度极化现象发生，则RR0， 若R＝1，则cp=0，即溶质完全被膜截留； 若R＝0，则cp=cb，即溶质可自由透过膜。