专利名称：基于分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及纳流体二极管器件技术领域，尤其涉及一种基于分支型氧化铝纳米通 道薄膜的纳流体二极管器件。
背景技术：
生命体中的细胞通过膜蛋白离子通道的开启与关闭调节相应物质的进出，从而维 持细胞的动态平衡及新陈代谢。最近，人工纳米通道体现出与膜蛋白离子通道相似的离子 整流特性，即所述人工纳米通道允许通过的离子能优先在一个方向上流动，具有所述离子 整流特性的人工纳米通道就这好比微电子集成电路中的“二极管”。而基于人工纳米通道中 的纳流体二极管器件在生物传感、药物运输和释放、能量转换等方面具有潜在的应用价值。
构成纳流体二极管器件的人工纳米通道需要具备物理结构或化学结构上的非对 称性，并且所述人工纳米通道还需要拥有过剩的表面电荷。以a-溶血素为代表的生物膜 作为人工纳米通道，在模拟生物体内环境的条件下所述a-溶血素能够形成液态双层的离 子通道结构，但由于所述a-溶血素为脂质膜，其稳定性较差，因此，在应用方面受到一定限 制。以有机聚合物膜作为人工纳米通道，其中，涉及较多的有机聚合物膜包括聚对苯二甲酸 乙二醇酯(PET)膜和聚碳酸酯膜，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜和聚碳酸酯膜可以 采用高能离子轰击和化学刻蚀两步法制备，通过控制化学刻蚀的条件，能够得到锥形、双锥 形或梭形孔的离子通道膜；但是，这种制备方法是基于高能重离子对PET膜和聚碳酸酯膜 的辐照实现的，其制备方法复杂、PET膜和聚碳酸酯膜各自的孔与孔之间容易发生交错，而 且将所述有机聚合物膜作为人工纳米通道时，其机械强度低，且基于有机聚合物膜的纳流 体二极管器件其重复性及稳定性也较差。另外，用PET膜作模板采用无电沉积法制备的贵 金属纳米通道也存在一定的应用限制。
氧化铝纳米通道薄膜可以采用绿色、环保的电化学方法制备而成，通过所述电化 学方法制得的氧化铝纳米通道薄膜能够有大面积孔径均匀、规整阵列的纳米通道结构；而 且氧化铝具有较高的稳定性以及生物兼容性等优点。但是，将氧化铝纳米通道薄膜作为人 工纳米通道，且发展基于分支型氧化铝纳米通道的纳流体二极管器件仍然是一个挑战。发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳 流体二极管器件，能实现类似二极管的离子整流特性、离子的选择性通过及门控特性。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的
本发明提供了一种基于分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件，包括 分支型氧化铝纳米通道薄膜和中间连通的双电化学电池槽，其中，所述分支型氧化铝纳米 通道薄膜位于双电化学电池槽中间连通的位置上以将所述双电化学电池槽隔离。
这里，所述分支型氧化铝纳米通道薄膜为二分支、三分支或四分支型氧化铝纳米 通道薄膜；
所述分支型氧化铝纳米通道薄膜的厚度为30-80 μ m ；
所述分支型氧化铝纳米通道薄膜的主干部分纳米孔的直径为40_100nm ；
所述分支型氧化铝纳米通道薄膜的分支部分中每个分支的纳米孔的直径为 10_65nm ；
所述分支型氧化铝纳米通道薄膜的分支部分中每个分支的长度为10-60 μ m ；
其中，所述基于分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件还包括第一电化学电极、第二电化学电极、第一电解质溶液槽、第二电解质溶液槽和控制电路，其中，所述第一电化学电极、第二电化学电极分别通过所述双电化学电池槽上端的圆形通孔插入到所述双电化学电池槽中的第一电解质溶液槽和第二电解质溶液槽中，所述控制电路连接第一电化学电极和第二电化学电极。
这里，所述第一电解质溶液槽和第二电解质溶液槽中的电解质溶液的pH值均为5.6-9. 5。
所述第一电解质溶液槽和第二电解质溶液槽中的电解质溶液均为在强酸性或强碱性的溶液中性能稳定的盐溶液；
所述第一电解质溶液槽和第二电解质溶液槽中的电解质溶液的浓度均为O.lmmol/L 至 O. lmol/L。
本发明所提供的，具有以下的优点和特点
本发明将分支型氧化铝纳米通道薄膜作为人工纳米通道，成功制造出基于分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件，能实现类似二极管的离子整流特性、离子的选择性通过及门控特性；
本发明采用氧化铝纳米通道薄膜为分支型氧化铝纳米通道薄膜，由于所述分支型氧化铝纳米通道薄膜的分支部分和主干部分其内壁的比表面积不相同，且分支部分内壁的比表面积大于主干部分内壁的比表面积，因此，所述分支型氧化铝纳米通道薄膜的结构为非对称的，且拥有非对称的表面电荷数，满足纳流体二极管器件对人工纳米通道的非对称性的要求，从而为成功制造出基于分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件奠定基础；另外，当所述分支型氧化铝纳米通道薄膜的主干部分纳米孔的直径相同、主干部分内壁的比面积相同时，所述分支型氧化铝纳米通道薄膜的分支部分的比表面积随着分支数的增加而增大，且所述分支型纳米通道薄膜的分支部分的表面电荷数增大，则所述分支型氧化铝纳米通道薄膜的非对称性也增大；
本发明基于分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件可以通过改变所述分支型氧化铝纳米通道薄膜的分支数目，即改变所述分支型氧化铝纳米通道薄膜的分支部分的表面电荷密度，从而能控制离子选择性能力以及离子整流特性；
本发明基于分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件可以通过改变电解质溶液的PH值，即改变所述分支型氧化铝纳米通道内壁所带的电荷种类，控制通过所述分支型氧化铝纳米通道薄膜的离子的种类，从而可使离子整流方向发生逆转，所述分支型氧化铝纳米通道薄膜的“开”和“闭”的方向发生逆转，因此，为发展和应用基于分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件 构建逻辑电路和放大电路奠定了坚实的基础。
图1为本发明基于分支型氧化铝纳米通道的纳流体二极管器件的结构示意图一；
图2为本发明基于分支型氧化铝纳米通道的纳流体二极管器件的结构示意图二 ；
图3为本发明分支型氧化铝纳米通道薄膜的结构示意图4至图7为本发明基于分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件性能测 试图。
附图标记说明
1、中间连通的双电化学电池槽，2、分支型氧化铝纳米通道薄膜，3、第一电化学电 极，4、第二电化学电极,5、第一电解质溶液槽,6、第二电解质溶液槽,7、控制电路,8、第一圆 形通孔，9、第二圆形通孔，10、第一 PVC板，11、第二 PVC板，13、第三PVC板，14、第四PVC板，15、二分支型氧化铝纳米通道薄膜，15a、二分支型氧化铝纳米通道薄膜的主干部分，15b、二 分支型氧化铝纳米通道薄膜的分支部分，16、三分支型氧化铝纳米通道薄膜，16a、三分支型 氧化铝纳米通道薄膜的主干部分，16b、三分支型氧化铝纳米通道薄膜的分支部分，17、四分 支型氧化铝纳米通道薄膜，17a、四分支型氧化铝纳米通道薄膜的主干部分，17b、四分支型 氧化铝纳米通道薄膜的分支部分具体实施方式
下面将结合具体实施例及附图对本发明的实施方式进行详细描述。
一种基于分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件，包括分支型氧化铝 纳米通道薄膜和中间连通的双电化学电池槽，其中，所述分支型氧化铝纳米通道薄膜位于 双电化学电池槽中间连通的位置上以将所述双电化学电池槽隔离。
图1为本发明基于分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件的结构示意 图一；如图1所示，所述基于分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件具体包括中 间连通的双电化学电池槽1、分支型氧化铝纳米通道薄膜2、第一电化学电极3、第二电化学 电极4、第一电解质溶液槽5、第二电解质溶液槽6和控制电路7，其中，所述分支型氧化铝 纳米通道薄膜2位于双电化学电池槽中间连通的位置上以将所述双电化学电池槽隔离；所 述第一电化学电极3、第二电化学电极4通过所述双电化学电池槽I上端的第一圆形通孔8 和第二圆形通孔9分别插入到所述第一电解质溶液槽5和第二电解质溶液槽6中，所述控 制电路7连接第一电化学电极3和第二电化学电极4。
这里，值得注意的是，所述中间连通的双电化学电池槽可以为中间全部连通的双 电化学电池槽，也可以为中间部分连通的双电化学电池槽；在实际应用中，可以根据具体情 况进行调整，例如，可以使用PVC板部分隔开双电化学电池槽，以使双电化学电池槽部分连 通，此时，所述分支型氧化铝纳米通道薄膜可以仅贴覆于双电化学电池槽部分连通的位置 上；如图2所示，使用多个PVC板隔断双电化学电池槽，其中，所述第一 PVC板10和第二 PVC 板11平行，第三PVC板12和第四PVC板13平行，将所述氧化铝纳米通道薄膜固定于所述 第一 PVC板、第二 PVC板、第三PVC板和第四PVC板中间连通的位置，以隔开双电化学电池 槽。这里，所述双电化学电池槽中间连通部分的间隙(即第一PVC板和第三PVC板的距离、 以及第二 PVC板和第四PVC板的距离)可根据实际情况进行调整；所述第一 PVC板和第二 PVC板之间的距离也可以根据实际情况进行调整。
图3为本发明分支型氧化铝纳米通道薄膜的结构示意图；如图3所示，所述分支型氧化铝纳米通道薄膜包括主干部分和分支部分；图3仅给出了具有二分支、三分支或四分支型氧化铝纳米通道薄膜的结构示意图，但本发明并不限于上述二分支、三分支或四分支型氧化铝纳米通道薄膜。
这里，所述分支型氧化铝纳米通道薄膜的厚度为30_80μπι;
所述分支型氧化铝纳米通道薄膜的主干部分纳米孔的直径为40_100nm ；
所述分支型氧化铝纳米通道薄膜的分支部分中每个分支的纳米孔的直径为 10_65nm ；
所述分支型氧化铝纳米通道薄膜的分支部分中每个分支的长度为10-60 μ m。
其中，所述第一电化学电极和第二电化学电极可以均为Ag/AgCl电极；
所述第一电解质溶液槽和第二电解质溶液槽中的电解质溶液均为在强酸性或强碱性的溶液中性能稳定的盐溶液；
所述在强酸性或强碱性的溶液中性能稳定的盐溶液包括KC1溶液、K2SO4溶液、 NaCl溶液或Na2SO4溶液等；
所述第一电解质溶液槽和第二电解质溶液槽中的电解质溶液的浓度均为 O. lmmol/L 至 O. lmol/L ；
所述第一电解质溶液槽和第二电解质溶液槽中的电解质溶液的pH值均为5.6-9. 5 ；
所述第一电解质溶液槽和第二电解质溶液槽的容积可以均为2-4ml ；
所述第一电解质溶液槽和第二电解质溶液槽的形状可以均为圆柱体或长方体；
所述第一电解质溶液槽和第二电解质溶液槽中的电解质溶液的体积为l_2ml ；
所述中间连通的双电化学电池槽可以采用聚四氟乙烯或有机玻璃制备。
这里，值得注意的是，所述分支型氧化铝纳米通道薄膜的分支部分的结构中，其各个分支的长度、管壁厚度以及直径等参数均相同；另外，所述分支型氧化铝纳米通道薄膜的主干部分纳米孔的直径总是大于其分支部分中每个分支的纳米孔的直径，且随着所述分支型氧化铝纳米通道薄膜的分支数目的增加，其分支部分中每个分支的直径减小，如图3所示，当所述分支型氧化铝纳米通道薄膜的主干部分纳米孔的直径不变，且均为Dl时，D2、D3 和D4分别表示二分支型氧化铝纳米通道薄膜的分支部分中每个分支的纳米孔的直径、三分支型氧化铝纳米通道薄膜的分支部分中每个分支的纳米孔的直径和四分支型氧化铝纳米通道薄膜的分支部分中每个分支的纳米孔的直径，则D2 > D3 > D4。
另外，所述第一电解质溶液槽和第二电解质溶液槽中的电解质溶液的种类、浓度、 以及PH值等条件均相同。
本发明基于分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件的工作原理为
当第一电解质溶液槽和第二电解质溶液槽中的电解质溶液的pH值大于分支型氧化铝纳米通道薄膜中氧化铝的等电点8. 5时，即第一电解质溶液槽和第二电解质溶液槽中的电解质溶液的PH值在8. 5-9. 5范围内时，所述分支型氧化铝纳米通道薄膜的表面带有负电荷即A1-0-，允许电解质溶液中的阳离子通过；
当第一电解质溶液槽和第二电解质溶液槽中的电解质溶液的pH值小于分支型氧化铝纳米通道薄膜中氧化铝的等电点8. 5，即第一电解质溶液 槽和第二电解质溶液槽中的电解质溶液的PH值在5. 6-8. 5范围内时，所述分支型氧化铝纳米通道薄膜的表面带有正电荷即Al-OH2+，允许电解质溶液中的阴离子通过；
当第一电解质溶液槽和第二电解质溶液槽中的电解质溶液的pH值接近分支型氧化铝纳米通道薄膜中氧化铝的等电点8. 5时，所述分支型氧化铝纳米通道薄膜的表面不带电荷即A1-0H，因此，对电解质溶液中的离子不具有选择性通过特征。
实施例1
本实施例为基于二分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件，所述二分支型氧化铝纳米通道薄膜位于双电化学电池槽中间连通的位置上以将所述双电化学电池槽隔离，其中，所述二分支型氧化铝纳米通道薄膜的厚度为50 μ m ;所述二分支型氧化铝纳米通道薄膜的主干部分纳米孔的直径为80±3nm ;所述二分支型氧化铝纳米通道薄膜的分支部分中每个分支的纳米孔的直径为59±3nm，其每个分支的长度为25μπι;第一电化学电极和第二电化学电极均选用Ag/AgCl电极，第一电解质溶液槽和第二电解质溶液槽中的电解质溶液均为KCl溶液，且浓度均为O. lmmol/L, pH均为9. 5 ;所述二分支氧化铝纳米通道薄膜采用草酸溶液的阳极氧化法制备，其主干部分的氧化电压为50V，其分支部分的氧化电压为 35. 36V ；
将皮安计作为控制电路，且所述皮安计连接所述第一电化学电极和第二电化学电极，并对所述基于二分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件进行1-v性能测试； 其中，所述二分支型氧化铝纳米通道薄膜的主干部分处于第一电解质溶液槽中，其分支部分处于第二电解质溶液槽中，则将第一电解质溶液槽对应的第一电化学电极作为阳极，将第二电解质溶液槽对应的第二电化学电极作为阴极，电压扫描范围从-O. 2V至+0. 2V，得出离子电流随着施加电压的波动而发生波动，测试出来的i_v曲线为非线性，因此所述基于二分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件体现出二极管的离子整流特征，即在电压在-O. 2V至OV的负电压区域内，展示出较大的电流，所述基于二分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件展示为“开”的状态；在电压OV至+0. 2V的正电压区域，展示出较小的电流，所述基于二分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件展示为“闭”的状态；且O. 2V时的离子电流整流比为2. 7。
实施例2
本实施例为基于三分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件，所述三分支型氧化铝纳米通道薄膜位于双电化学电池槽中间连通的位置 上以将所述双电化学电池槽隔离，其中，所述三分支型氧化铝纳米通道薄膜的厚度为50 μ m ;所述三分支型氧化铝纳米通道薄膜的主干部分纳米孔的直径为80±3nm ;所述三分支型氧化铝纳米通道薄膜的分支部分中每个分支的纳米孔的直径为45±3nm，其每个分支的长度为25μπι;第一电化学电极和第二电化学电极均选用Ag/AgCl电极，第一电解质溶液槽和第二电解质溶液槽中的电解质溶液均为KCl溶液，且浓度均为O. lmmol/L, pH均为9. 5 ;所述的三分支氧化铝纳米通道薄膜采用草酸溶液的阳极氧化法制备，其主干部分的氧化电压为50V，其分支部分的氧化电压为28. 87V ；
将皮安计作为控制电路，且所述皮安计连接所述第一电化学电极和第二电化学电极，并对所述基于三分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件进行1-v性能测试； 其中，所述三分支型氧化铝纳米通道薄膜的主干部分处于第一电解质溶液槽中，其分支部分处于第二电解质溶液槽中，则将第一电解质溶液槽对应的第一电化学电极作为阳极，将第二电解质溶液槽对应的第二电化学电极作为阴极，电压扫描范围从-O. 2V至+0. 2V，得出离子电流随着施加电压的波动而发生波动，测试出来的i_v曲线为非线性，因此所述基于三分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件体现出二极管的离子整流特征，即在电压在-O. 2V至OV的负电压区域内，展示出较大的电流，基于三分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件展示为“开”的状态；在电压OV至+0. 2V的正电压区域，展示出较小的电流，所述基于三分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件展示为“闭”的状态； 且O. 2V时的离子电流整流比为4. 4。
实施例3
本实施例为基于四分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件，所述四分支型氧化铝纳米通道薄膜位于双电化学电池槽中间连通的位置上以将所述双电化学电池槽隔离，其中，所述四分支型氧化铝纳米通道薄膜的厚度为50 μ m ;所述四分支型氧化铝纳米通道薄膜的主干部分纳米孔的直径为80±3nm ;所述四分支型氧化铝纳米通道薄膜的分支部分中每个分支的纳米孔的直径为30±3nm，其每个分支的长度为25 μ m ;第一电化学电极和第二电化学电极均选用Ag/AgCl电极，第一电解质溶液槽和第二电解质溶液槽中的电解质溶液均为KCl溶液，且浓度均为O. lmmol/L, pH均为9. 5 ;所述的四分支氧化铝纳米通道薄膜采用两步阳极氧化法制备，其主干部分的氧化电压为50V，电解质溶液为草酸溶液， 其分支部分的氧化电压为28. 87V，电解质溶液为草酸溶液；
将皮安计作为控制电路，且所述皮安计连接所述第一电化学电极和第二电化学电极，并对所述基于四分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件进行1-v性能测试； 其中，所述四分支型氧化铝纳米通道薄膜的主干部分处于第一电解质溶液槽中，其分支部分处于第二电解质溶液槽中，则将第一电解质溶液槽对应的第一电化学电极作为阳极，将第二电解质溶液槽对应的第二电化学电极作为阴极，电压扫描范围从-O. 2V至+0. 2V，得出离子电流随着施加电压的波动而发生波动，测试出来的i_v曲线为非线性，因此所述基于四分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件体现出二极管的离子整流特征，即在电压在-O. 2V至OV的负电压区域内，展示出较大的电流，基于四分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件展示为“开”的状态；在电压OV至+0. 2V的正电压区域，展示出较小的电流，所述基于四分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件展示为“闭”的状态； 且O. 2V时的离子电流整流比为12。
实施例4
本实施例为基于四分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件，所述四分支型氧化铝纳米通道薄膜位于双电化学电池槽中间连通的位置上以将所述双电化学电池槽隔离，其中，所述四分支型氧化铝纳米通道薄膜的厚度为50 μ m ;所述四分支型氧化铝纳米通道薄膜的主干部分纳米孔的直径为80±3nm ;所述四分支型氧化铝纳米通道薄膜的分支部分中每个分支的纳米孔的直径为30±3nm，其每个分支的长度为25 μ m ;第一电化学电极和第二电化学电极均选用Ag/AgCl电极，第一电解质溶液槽和第二电解质溶液槽中的电解质溶液均为KCl溶液，且浓度均为O. lmmol/L, pH均为5. 6 ;所述的四分支氧化铝纳米通道薄膜采用两步阳极氧化法制备，其主干部分的氧化电压为50V，电解质溶液为草酸溶液， 其分支部分的氧化电压为28. 87V，电解质 溶液为硫酸溶液；
将皮安计作为控制电路，且所述皮安计连接所述第一电化学电极和第二电化学电极，并对所述基于四分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件进行1-v性能测试； 其中，所述四分支型氧化铝纳米通道薄膜的主干部分处于第一电解质溶液槽中，其分支部分处于第二电解质溶液槽中，则将第一电解质溶液槽对应的第一电化学电极作为阳极，将第二电解质溶液槽对应的第二电化学电极作为阴极，电压扫描范围从-O. 2V至+0. 2V，得出离子电流随着施加电压的波动而发生波动，测试出来的i_v曲线为非线性，因此所述基于四分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件体现出二极管的离子整流特征，即在电压在-O. 2V至OV的负电压区域内，展示出较小的电流，基于四分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件展示为“闭”的状态；在电压OV至+0. 2V的正电压区域，展示出较大的电流，所述基于四分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件展示为“开”的状态。
另外，当上述其他条件不变的情况下，仅将第一电解质溶液槽和第二电解质溶液槽中KCl溶液PH调整为8. 5时，此时用皮安计对所述基于四分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件进行i_v性能测试，此时i_v曲线为线性的，所述基于四分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件没有体现出二极管的离子整流特征。
实施例5
本实施例为基于四分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件，所述四分支型氧化铝纳米通道薄膜位于双电化学电池槽中间连通的位置上以将所述双电化学电池槽隔离，其中，所述四分支型氧化铝纳米通道薄膜的厚度为50 μ m ;所述四分支型氧化铝纳米通道薄膜的主干部分纳米孔的直径为80±3nm ;所述四分支型氧化铝纳米通道薄膜的分支部分中每个分支的纳米孔的直径为30±3nm，其每个分支的长度为25μπι;第一电化学电极和第二电化学电极均选用Ag/AgCl电极，第一电解质溶液槽和第二电解质溶液槽中的电解质溶液均为KCl溶液，且浓度均为10mmol/L，pH均为9. 5 ;所述的四分支氧化铝纳米通道薄膜采用两步阳极氧化法制备，其主干部分的氧化电压为50V，电解质溶液为草酸溶液，其分支部分的氧化电压为28. 87V，电解质溶液为硫酸溶液；
将皮安计作为控制电路，且所述皮安计连接所述第一电化学电极和第二电化学电极，并对所述基于四分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件进行1-v性能测试； 其中，所述四分支型氧化铝纳米通道薄膜的主干部分处于第一电解质溶液槽中，其分支部分处于第二电解质溶液槽中，则将第一电解质溶液槽对应的第一电化学电极作为阳极，将第二电解质溶液槽对应的第二电化学电极作为阴极，电压扫描范围从-O. 2V至+0. 2V，得出离子电流随着施加电压的波动而发生波动，测试出来的i_v曲线为非线性，因此所述基于四分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件体现出二极管的离子整流特征，即在电压在-O. 2V至OV的负电压区域 内，展示出较大的电流，所述基于四分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器展示为“开”的状态；在电压OV至+0. 2V的正电压区域，展示出较小的电流，所述基于四分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器展示为“闭”的状态。
另外，当上述其他条件不变的情况下，仅将第一电解质溶液槽和第二电解质溶液槽中KCl溶液的浓度增大到O. lmol/L时，此时用皮安计对所述基于四分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件进行1-v性能测试，i_v曲线接近线性，离子电流增加，但此时所述基于四分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器的离子整流特征消失；其原因为随着电解质溶液浓度的增加，氧化铝表面电双层的厚度减小，对所述电解质溶液中带相反电荷的离子的静电吸引作用减小。
实施例6
本实施例为基于二分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件，所述二分支型氧化铝纳米通道薄膜位于双电化学电池槽中间连通的位置上以将所述双电化学电池槽隔离，其中，所述二分支型氧化铝纳米通道薄膜的厚度为30 μ m ;所述二分支型氧化铝纳米通道薄膜的主干部分纳米孔的直径为43±3nm ;所述二分支型氧化铝纳米通道薄膜的分支部分中每个分支的纳米孔的直径为13±3nm，其每个分支的长度为10μπι;第一电化学电极和第二电化学电极均选用Ag/AgCl电极，第一电解质溶液槽和第二电解质溶液槽中的电解质溶液均为K2SO4溶液，且浓度均为O. lmmol/L，pH均为9. 5 ;所述二分支氧化铝纳米通道薄膜采用草酸溶液的阳极氧化法制备，其主干部分的氧化电压为50V，其分支部分的氧化电压为 35. 36V ；
将皮安计作为控制电路，且所述皮安计连接所述第一电化学电极和第二电化学电极，并对所述基于二分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件进行1-v性能测试； 其中，所述二分支型氧化铝纳米通道薄膜的主干部分处于第一电解质溶液槽中，其分支部分处于第二电解质溶液槽中，则将第一电解质溶液槽对应的第一电化学电极作为阳极，将第二电解质溶液槽对应的第二电化学电极作为阴极，电压扫描范围从-O. 2V至+0. 2V，得出离子电流随着施加电压的波动而发生波动，测试出来的i_v曲线为非线性，因此所述基于二分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件体现出二极管的离子整流特征，即在电压在-O. 2V至OV的负电压区域内，展示出较大的电流，所述基于二分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件展示为“开”的状态；在电压OV至+0. 2V的正电压区域，展示出较小的电流，所述基于二分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件展示为“闭”的状态。
实施例7
本实施例为基于二分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件，所述二分支型氧化铝纳米通道薄膜位于双电化学电池槽中间连通的位置上以将所述双电化学电池槽隔离，其中，所述二分支型氧化铝纳米通道薄膜的厚度为80 μ m;所述二分支型氧化铝纳米通道薄膜的主干部分纳米孔的直径为97±3nm ;所述二分支型氧化铝纳米通道薄膜的分支部分中每个分支的纳米孔的直径为62±3nm，其每个分支的长度为60μπι;第一电化学电极和第二电化学电极均选用Ag/AgCl电极，第一电解质溶液槽和第二电解质溶液槽中的电解质溶液均为NaCl溶液，且浓度均为O. lmmol/L，pH均为9. 5 ;所述二分支氧化铝纳米通道薄膜采用草酸溶液的阳极氧化法制备，其主干部分的氧化电压为50V，其分支部分的氧化电压为 35. 36V ；
将皮安计作为控制电路，且所述皮安计连接所述第一电化学电极和第二电化学电极，并对所述基于二分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件进行1-v性能测试； 其中，所述二分支型氧化铝纳米通道薄膜的主干部分处于第一电解质溶液槽中，其分支部分处于第二电解质溶液槽中，则将第一电解质溶液槽对应的第一电化学电极作为阳极，将第二电解质溶液槽对应的第二电化学电极作为阴极，电压扫描范围从-O. 2V至+0. 2V，得出离子电流随着施加电压的波动而发生波动，测试出来的i_v曲线为非线性，因此所述基于二分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件体现出二极管的离子整流特征，即在电压在-O. 2V至OV的负电压区域内，展示出较大的电流，所述基于二分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件展示为“开”的状态；在电压OV至+0. 2V的正电压区域，展示出较小的电流，所述基于二分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件展示为“闭”的状态。
实施例8
本实施例为基于三分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件，所述三分支型氧化铝纳米通道薄膜位于双电化学电池槽中间连通的位置上以将所述双电化学电池槽隔离，其中，所述三分支型氧化铝纳米通道薄膜的厚度为45 μ m ;所述三分支型氧化铝纳米通道薄膜的主干部分纳米孔的直径为65±3nm ;所述三分支型氧化铝纳米通道薄膜的分支部分中每个分支的纳米孔的直径为26±3nm，其每个分支的长度为45μπι;第一电化学电极和第二电化学电极均选用Ag/AgCl电极，第一电解质溶液槽和第二电解质溶液槽中的电解质溶液均为Na2SO4溶液，且浓度均为O. lmmol/L, pH均为9. 5 ;所述的三分支氧化铝纳米通道薄膜采用草酸溶液的阳极氧化法制备，其主干部分的氧化电压为50V，其分支部分的氧化电压为28. 87V ；
将皮安计作为控制电路，且所述皮安计连接所述第一电化学电极和第二电化学电极，并对所述基于三分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件进行1-v性能测试； 其中，所述三分支型氧化铝纳米通道薄膜的主干部分处于第一电解质溶液槽中，其分支部分处于第二电解质溶液槽中，则将第一电解质溶液槽对应的第一电化学电极作为阳极，将第二电解质溶液槽对应的第二电化学电极作为阴极，电压扫描范围从-O. 2V至+0. 2V，得出离子电流随着施加电压的波动而发生波动，测试出来的i_v曲线为非线性，因此所述基于三分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件体现出二极管的离子整流特征，即在电压在-O. 2V至OV的负电压区域内，展示出较大的电流，基于三分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件展示为“开”的状态；在电压OV至+0. 2V的正电压区域，展示出较小的电流，所述基于三分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件展示为“闭”的状态。
图4至图7为本发明基于分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件的性能测试图；其中，图4(a)为基于分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件中分支型氧化铝纳米通道薄膜的分支数与离子整流特性的关系示意图；从图4(a)中可以看出当氧化铝纳米通道薄膜不具有分支结构时，i_v曲线为线性，没有离子整流特性；当氧化铝纳米通道薄膜具有分支结构时，i_v曲线为非线性的，因此，此时所述基于分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件具有离子整流特性；图4(b)为基于四分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件的整流“开”和“闭”的示意图，结合图4(a)和(b)可知，在电压为-O. 2V至OV的负电压区域内，展示出较大的电流，所述基于四分支型氧化铝纳米通道薄的纳流体二极管器件展示为“开”的状态；在电压OV至+0. 2V的正电压区域，展示出较小的电流，所述基于四分支型氧化铝纳米通道薄的纳流体二极管器件展示为“闭”的状态。值得注意的是，图4(b)左侧示意图中，左侧开口较窄区域为所述四分支型氧化铝纳米通道薄膜的主干部分，右侧较宽区域为所述四分支型氧化铝纳米通道薄膜的分支部分。
图5为本发明基于分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件在电压为 ±0.1V和±0. 2V时的离子整流比柱状图，从图5中可以看出电压的绝对值为O.1V或O. 2V 时，此时基于分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件的离子整流比随分支数目的增加而增大；对于没有分支结构的氧化铝纳米通道薄膜的离子整流比在电压的绝对值为O.1V和O. 2V时均为I ;因此可知，本发明基于分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管 器件的离子整流效应的大小可以通过调节分支数的多少而得到调节。
图6为本发明基于四分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件在pH值为 9. 5,8. 5和5. 6时的1-v曲线图，此时电解质溶液为KCl溶液，浓度为O. lmmol/L，从图中可 以看出PH值较小时，即为5. 6时，基于四分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件 在电压为-O. 2V至OV的负电压区域内，展示出较小的电流，所述四分支型氧化铝纳米通道 薄膜的纳流体二极管器件展示为“闭”的状态；在电压OV至+0. 2V的正电压区域，展示出较 大的电流，所述四分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件展示为“开”的状态。当 pH值为氧化铝的等电点8. 5时，电压为-O. 2V至OV的负电压区域内以及电压在OV至+0. 2V 的正电压区域，展现出的电流相等，即所述基于四分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二 极管器件不具有离子选择性通过特征。当PH增大至时9. 5时，电流方向发生逆转，即所述 基于四分支型氧化铝纳米通道薄的纳流体二极管在电压为-O. 2V至OV的负电压区域内，展 示出较大的电流，所述四分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件展示为“开”的状 态；在电压OV至+0. 2V的正电压区域，展示出较小的电流，所述四分支型氧化铝纳米通道薄 膜的纳流体二极管器件展示为“闭”的状态。
图7为本发明基于分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件在电解质溶 液浓度为O. lmmol/LUOmmol/L及O. lmol/L条件下i_v曲线图，此时电解质溶液为KCl溶 液，其PH为9. 5 ;从图7中可以看出当电解质溶液的浓度从0. lmmol/L增大至0. lmol/L 时，离子电流增加，但离子整流比逐渐减小，1-v曲线由非线性变化至线性。
这里，所述离子整流比为在相同的绝对电压值(即电压的绝对值相同时)下，不同 方向的电流的比值。
值得注意的是，图4至图7是本发明基于分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二 极管器件中所述分支型氧化铝纳米通道薄膜的主干部分处于第一电解质溶液槽中，其分支 部分处于第二电解质溶液槽中，并将第一电解质溶液槽对应的第一电化学电极作为阳极， 将第二电解质溶液槽对应的第二电化学电极作为阴极的示意图，在实际操作的情况下，也 可将所述分支型氧化铝纳米通道薄膜的主干部分处于第二电解质溶液槽中，其分支部分处 于第一电解质溶液槽中，并将第一电解质溶液槽对应的第一电化学电极作为阳极，将第二 电解质溶液槽对应的第二电化学电极作为阴极，1-v曲线形状发生逆转，但离子选择性运输 的方向不变，都是从所述分支型氧化铝纳米通道薄膜的分支部分到主干部分运输，且离子 整流比也不变。
以上实施例中仅给出了第一电解质溶液槽和第二电解质溶液槽中的电解质溶液 为KCl溶液、K2SO4溶液、NaCl溶液或Na2SO4溶液的具体实施例，但本发明并不限于实施例中 给出的上述电解质溶液。另外，以上实施例的测量范围是在电压从-2V至+2V，但所述电压 的范围并不限于本发明基于分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件的使用范围。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
权利要求
1.一种基于分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件，其特征在于，包括分支型氧化铝纳米通道薄膜和中间连通的双电化学电池槽，其中，所述分支型氧化铝纳米通道薄膜位于双电化学电池槽中间连通的位置上以将所述双电化学电池槽隔离。
2.根据权利要求1所述的纳流体二极管器件，其特征在于，所述分支型氧化铝纳米通道薄膜为二分支、三分支或四分支型氧化铝纳米通道薄膜。
3.根据权利要求1所述的纳流体二极管器件，其特征在于，所述分支型氧化铝纳米通道薄膜的厚度为30-80 μ m。
4.根据权利要求1所述的纳流体二极管器件，其特征在于，所述分支型氧化铝纳米通道薄膜的主干部分纳米孔的直径为40-100nm。
5.根据权利要求1所述的纳流体二极管器件，其特征在于，所述分支型氧化铝纳米通道薄膜的分支部分中每个分支的纳米孔的直径为10-65nm。
6.根据权利要求1所述的纳流体二极管器件，其特征在于，所述分支型氧化铝纳米通道薄膜的分支部分中每个分支的长度为10-60 μ m。
7.根据权利要求1或6所述的纳流体二极管器件，其特征在于，还包括第一电化学电极、第二电化学电极、第一电解质溶液槽、第二电解质溶液槽和控制电路，其中，所述第一电化学电极、第二电化学电极分别通过所述双电化学电池槽上端的圆形通孔插入到所述双电化学电池槽中的第一电解质溶液槽和第二电解质溶液槽中，所述控制电路连接第一电化学电极和第二电化学电极。
8.根据权利要求7所述的纳流体二极管器件，其特征在于，所述第一电解质溶液槽和第二电解质溶液槽中的电解质溶液均为在强酸性或强碱性的溶液中性能稳定的盐溶液。
9.根据权利要求7所述的纳流体二极管器件，其特征在于，所述第一电解质溶液槽和第二电解质溶液槽中的电解质溶液的PH值均为5. 6-9. 5。
10.根据权利要求7所述的纳流体二极管器件，其特征在于，所述第一电解质溶液槽和第二电解质溶液槽中的电解质溶液的浓度均为0. lmmol/L至O. lmol/L。
全文摘要
本发明公开了一种基于分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件，包括分支型氧化铝纳米通道薄膜和中间连通的双电化学电池槽，其中，所述分支型氧化铝纳米通道薄膜位于双电化学电池槽中间连通的位置上以将所述双电化学电池槽隔离。本发明基于分支型氧化铝纳米通道薄膜的纳流体二极管器件能实现类似二极管的离子整流特性、离子的选择性通过及门控特性。
文档编号B01L3/00GK103055966SQ20121057648
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月26日 优先权日2012年12月26日
发明者范霞, 孔妍, 翟锦, 江雷 申请人:北京航空航天大学