Les filtres à membrane de grille permettent les limites de performance des milieux de filtre traditionnels avec leur structure de pores de type grille à l'échelle nano. La formation de cette structure précise est une intégration profonde de la science des matériaux et de la technologie d'ingénierie, en s'appuyant sur le contrôle ultime des paramètres du processus membranaire et une régulation précise à l'échelle microscopique. De l'auto-assemblage moléculaire des membranes polymères à la sculpture précise des microstructures, chaque processus jette les bases de la précision de filtration au niveau moléculaire. Comme un matériau important pour filtres à membrane de grille , la construction de la structure des pores à membrane polymère repose principalement sur la méthode d'inversion de phase et la méthode de séparation de phase induite thermiquement. La méthode d'inversion de phase réalise une croissance ordonnée des pores en régulant intelligemment le processus de transition de la solution de polymère de la phase homogène à la multiphase. Dans le stade initial de la formation des membranes, le polymère est uniformément dissous dans un solvant spécifique pour former une solution homogène, puis la solution est grattée dans une membrane, brisant l'équilibre du système par précipitation d'immersion, induction d'évaporation et d'autres méthodes. Prenant l'exemple de la méthode des précipitations d'immersion, la membrane enrobée est immergée dans un bain de coagulation, et le solvant et le coagulant subissent rapidement une double diffusion, entraînant une séparation de phase liquide-liquide ou liquide solide de la solution polymère. Dans ce processus, des paramètres tels que le taux d'évaporation du solvant, la composition du bain de coagulation et la température deviennent les facteurs clés qui déterminent la structure des pores. Lorsque le solvant s'évapore rapidement et que le bain de coagulation et le solvant ont une forte solubilité mutuelle, le polymère s'agrégère rapidement pour former des pores petits et denses; À l'inverse, un taux de séparation de phase plus lent est propice à la formation d'une structure à haute porosité à grande pore. En ajustant avec précision ces paramètres, les chercheurs peuvent guider l'auto-assemblage des matériaux polymères pour former un réseau de pores régulièrement disposé, fournissant un cadre de base pour la construction de structures de grille ultérieures. La méthode de séparation de phase induite thermiquement (TIPS) prend une approche différente et utilise des changements de température pour générer le processus de séparation de phase. Cette méthode utilise un diluant complètement miscible avec le polymère à des températures élevées et dont la solubilité baisse fortement à basse température. Après avoir chauffé le polymère et le diluant à une phase homogène, le système subit une séparation de phase liquide liquide ou une séparation liquide-solide par refroidissement rapide ou contrôlant la vitesse de refroidissement. À mesure que la température diminue, le diluant et le polymère se séparent progressivement, et le diluant est dispersé dans la phase de polymère sous forme de minuscules gouttelettes. Le diluant est ensuite éliminé par extraction et autres méthodes, laissant une structure de pores dans la membrane. Le contrôle précis des paramètres tels que la vitesse de refroidissement, le type de diluant et le contenu détermine la taille, la forme et la connectivité des pores. En optimisant les conditions de processus, les pores peuvent être disposés de manière hautement ordonnée dans la membrane pour former un réseau de pores uniforme. Une fois la structure des pores initiale construite, il est nécessaire d'utiliser des technologies de traitement des micro-nano telles que la photolithographie et la nanoimp-empreinte pour sculpter davantage les pores réguliers en forme de grille. La photolithographie expose sélectivement la surface de la membrane à travers un photomasque pour provoquer une réaction photochimique dans la zone de réception de la lumière, puis élimine avec précision une partie du matériau à travers des étapes telles que le développement et la gravure pour former une structure de grille avec une forme géométrique spécifique. La technologie de nanoimp-empreinte utilise un moule avec un motif à l'échelle nanométrique pour transférer le motif à la surface de la membrane par pression mécanique, de sorte que les bords des pores sont coupés et remodelés avec précision, et finalement des pores de type grille soigneusement disposés se forment. Ces technologies de traitement des micro-nano peuvent contrôler l'erreur de taille des pores au niveau du nanomètre, garantissant que les paramètres de forme, de taille et de conception de la structure de la grille sont très cohérents. Le processus de formation de la structure des pores de type grille à l'échelle nanométrique est essentiellement la manipulation précise du comportement de la matière à l'échelle microscopique. L'ajustement des paramètres de chaque liaison de processus est comme la sculpture de précision au niveau moléculaire, de l'auto-assemblage de la séparation de phases des polymères au traitement précis des structures micro-nano, et une microstructure avec une excellente performance de filtration est construite par couche. Ce pore de grille formé de précision donne non seulement au filtre la possibilité de dépister avec précision par taille, mais obtient également une rétention sélective de substances de différentes formes à travers une forme géométrique unique, ce qui le fait montrer des avantages inégalés dans les champs de séparation des protéines et de purification du gaz.
