本发明专利技术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。本发明专利技术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。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纳流体二极管器件
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术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，本专利技术的技术方案是这样实现的本专利技术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。本专利技术所提供的，具有以下的优点和特点本专利技术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；本专利技术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；本专利技术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；本专利技术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。附图说明图1为本专利技术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为本专利技术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为本专利技术分支型氧化铝纳米通道薄膜的结构示意图4至图7为本专利技术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专利技术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为本专利技术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 间连通的双电化本文档来自技高网...
【技术保护点】
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。
【技术特征摘要】
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...
【专利技术属性】
技术研发人员：范霞，孔妍，翟锦，江雷，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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