如果将光透射技术定量纳米孔孔径这一技术应用在工业检测设备上,这个巧妙发明可能会产生更大价值。中国科学院长春应用化学研究所副研究员王家海介绍,技术的灵感是在王家海指导学生实验时的一个大胆猜想。通过严密分析,实验论证这个技术具有非常简单的操作过程。王家海从事基础研究,对于该项技术,他认为可以在生物和医学临床应用、海水淡化、饮用水纯化及仿生膜发电等领域发挥作用。
王家海接触核孔膜是因为科研需要使用过滤膜。没有合适的核孔膜,科研工作可不能因此受影响。于是,王家海开始“自给自足”。他采用高强碱液进行腐蚀,并通过时间长短进行孔芯大小的控制。之后却发现,不同批次的膜重复性不好。在刻蚀过程中,需要使用紫外灯进行照射等烦琐的过程,多次反复可能是造成精度不准的原因之一。
王家海对着一张已刻蚀的核孔膜发呆,发现刻蚀过的核孔膜颜色随时间发生改变,他想到这可能与光有一定联系。于是,将刻蚀好的核孔膜用紫外可见分光光度计分析,王家海得出:颜色变化可能与孔径是有关联的。顺着这个思路,王家海与学生做了一批次实验,透过光的强度进行线性分析,用数学工具分析,确实呈现线性关系。
通过扫描电子显微镜检查法(SEM)可以得知,孔径从纳米级到微米级都与光透射强度呈现出良好的线性关系。王家海认为,这一实验现象是反直觉的。从直觉而言,很多人都会认为孔径越大,透过的光就会更大,而实验结果却显示:孔径越大,透过的光却变少。这是因为,在刻蚀核孔膜的过程中,选择性刻蚀的区域与刻蚀较少的区域之间存在缓冲带。刻蚀的时间越久,缓冲带会逐渐变大,化学结构变得更为粗糙,物理化学发生了根本性改变。
仅需要紫外可见吸收光谱来定量检测孔径大小的方法,可在纳米级到微米级的孔径的定量中使用。王家海只尝试了最小孔径为60纳米左右的核孔,孔密度更高的话,可测到的孔径会越小,如果在此基础上孔密度再增加10倍及以上,王家海估算最小孔径可测到20纳米左右。且此方法有一定的普遍性,既适用于PET膜,同时也适用于PC膜。
王家海认为,相对于其他检测方法来定量孔径,此方法具有可重复性、线性、操作简单、仪器易得和可依靠性等优势,这就可以为以后的工业生产不同大小孔径的滤膜提供潜在的应用价值。