Nano and Micro Engineered Membrane Technology, Volume 10

Nano and Micro Engineered Membrane Technology, Volume 10 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Elsevier Science Ltd
作者:CJM van Rijn
出品人:
页数:398
译者:
出版时间:2004-2
价格:1621.00 元
装帧:HRD
isbn号码:9780444514899
丛书系列:
图书标签:
  • Membrane Technology
  • Nanomaterials
  • Microfluidics
  • Water Treatment
  • Separation Science
  • Environmental Engineering
  • Chemical Engineering
  • Materials Science
  • Biomedical Engineering
  • Energy
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This book is about Nano and micro engineered membrane technology, an emerging new technological area in membrane technology. Potential applications cover a broad spectrum of science, such as micro and nano filtration, gas separation, optics and nanophotonics, catalysis, microbiology, controlled drug delivery, nanopatterning, micro contact printing, atomisation, cross flow emulsification, etc. A brief overview of filtration membranes and pore structures is presented in chapter 1 and in the subsequent chapter 2 an overview is presented of conventional micro perforation methods, like laser drilling, electroforming, precision etching etc. With micro engineering techniques (chapter 3), originating from the semiconductor industry, it is relatively easy to downscale and form submicron pores (down to 100 nm) using photolithographic methods, with e.g. contact masks and wafer steppers. In chapter 4 some elementary fluid mechanics related to fluid flow in conducts and single and multiple orifices is presented covering analytical methods as well as computational fluid dynamics. Much effort has been put in strength and maximum pressure load analysis (chapter 5) of perforated and unperforated membranes. New analytical expressions were obtained that were verified by a number of computer simulations and many experiments. A separate chapter (chapter 6) has been devoted to the pioneering work of manufacturing polymeric perforated membranes because of its potential future economical impact. Large scale microfiltration applications on e.g. skim milk and lager beer are presented in chapter 7, whereas in chapter 8 a micro scale Lab-on-a-Chip microfiltration/fractionation demonstrator is discussed. Nanotechnology and nano engineered membranes is the fascinating topic of chapter 9, with typical examples as nanopatterning, nanophotonics and nanomembrane technology. This book closes with novel pioneering applications on atomization (chapter 10) for deep pulmonary inhale and cross flow emulsification (chapter 11) for the manufacturing of e.g. functional foods and nano/micro emulsions.

1. Overview on the implementation of nano and micro engineering techniques in membrane science; which is an upcoming new cross-road technology. 2. Demonstration of feasibility with respect to micro and nano filtration, gas separation, photonic structures, catalysis, microbiology, controlled drug delivery, nanopatterning, micro contact printing, atomisation and emulsification techniques. 3. Informative introductions with rules of thumb for fluid flow in micro channels, pressure strength of thin supported perforated and unperforated membranes, silicon micro machining techniques, membrane filtration technology, Rayleigh breakup and cross-flow emulsification.

尖端材料科学与工程前沿:下一代功能性薄膜的构建、表征与应用 本书汇集了全球材料科学、化学工程、物理学及应用科学领域多位顶尖专家的最新研究成果与深刻见解,系统深入地探讨了非纳米和微米量级的先进功能性薄膜技术。着重于宏观到介观尺度上的材料设计、精密制造工艺、结构-性能关联性,以及这些薄膜在能源、环境、生物医学和电子器件中的颠覆性应用。 本书内容覆盖了超越传统纳米结构极限的工程化薄膜体系,特别是那些依赖于精细微结构控制、表面改性和界面工程来实现特定功能的复杂多层或复合膜。全书结构严谨,逻辑清晰,旨在为致力于开发高性能、高稳定性和可规模化制造的薄膜材料的研究人员、工程师和高级学生提供一本具有里程碑意义的参考资料。 --- 第一部分:宏观尺度下的薄膜设计原理与制造工艺(The Macro-to-Meso Scale Design and Fabrication) 本部分奠定了理解先进薄膜工程的基础,重点关注如何通过对微米级特征的精确调控来实现宏观性能的优化。 第一章:功能性薄膜的界面热力学与形貌控制 本章首先回顾了薄膜沉积过程中的热力学驱动力,并深入分析了在非纳米尺寸下(例如,微米凹槽、周期性纹理或粗糙度)的薄膜生长模式。探讨了诸如步进岛模型、横向生长竞争等经典理论在微米尺度结构形成中的修正与应用。重点讨论了如何利用基底预处理、张应力管理和快速热退火等技术,在不依赖于量子尺寸效应的情况下,控制薄膜的晶粒大小、取向和表面粗糙度,从而影响其光学和机械性能。 第二章:先进的微米级薄膜沉积技术 本章详细介绍了多种适用于大面积、高通量生产的薄膜沉积方法,这些方法强调对微米级厚度和结构的精确控制而非纳米尺寸的精确控制。内容包括: 高通量物理气相沉积(PVD)优化: 特别是磁控溅射和电子束蒸发中,通过调整等离子体特性和靶材选择,实现特定微米层厚度和界面粗糙度的控制。 化学气相沉积(CVD)的宏观均匀性: 探讨了如何通过流体力学建模来优化反应腔内的气体分布,确保在反应器尺度上实现微米厚度膜层的均匀沉积。 溶液法涂覆与自组装: 深入分析了旋涂、狭缝涂布和喷墨打印技术,如何利用流变学特性和溶剂挥发动力学,精确控制涂层厚度(微米范围)和构建微米尺度的阵列结构。 第三章:机械稳定性和大面积缺陷工程 功能性薄膜的实用化严重依赖于其机械鲁棒性。本章侧重于薄膜的宏观应力分析、抗裂纹扩展和附着力提升。研究了分层、鼓包和边缘效应的物理模型,并介绍了引入过渡层(Interlayers)或牺牲层以缓解应力积累的工程策略。讨论了如何通过引入周期性微裂纹网络来提高薄膜的韧性和抗冲击性,这是一种主动的缺陷工程策略。 --- 第二部分:介观尺度下的结构功能化与界面调控(Mesoscale Functionalization and Interface Engineering) 本部分聚焦于如何通过构建具有特定微米特征的图案化结构或设计多功能复合界面,来实现突破性的性能提升。 第四章:微图案化基底上的定向生长与模板化 本章是薄膜工程中“结构决定功能”理念的有力体现。探讨了如何利用微影技术(如软光刻、激光直写)预先在基底上刻蚀出周期性的微米结构(例如,微柱阵列、微通道或螺旋结构)。随后,研究了薄膜材料在这些预设模板上的定向外延生长或选择性沉积。重点分析了表面能梯度和形貌诱导的分子束定向排列,如何影响最终薄膜的电学各向异性或光学偏振特性。 第五章:多孔与分级结构薄膜的构建与流体动力学 本章关注具有高比表面积和可控孔径(微米级通道)的薄膜系统,例如陶瓷微滤膜、催化剂载体或气体分离膜。讨论了相分离法、模板刻蚀法等构建具有分级孔隙结构的技术,其中宏观流体在较大的孔道中传输,微米级选择性依赖于较小的通道尺寸。详述了如何利用计算流体力学(CFD)模拟来优化这些多孔结构中的传质效率和压力降。 第六章:智能响应性界面的动态调控 本章探讨了设计对外部刺激(如温度、pH值、电场或光照)作出可逆、可控响应的微米级活性层。例如,利用热膨胀系数的显著差异在界面处诱导的相变或形状记忆效应,从而实现薄膜的自修复、自清洁或可切换的润湿性。分析了影响这些宏观响应速度和幅度的关键微结构参数。 --- 第三部分:前沿应用与系统集成(Frontier Applications and System Integration) 本部分将理论和制造工艺与实际应用场景相结合,展示了这些先进薄膜在解决现实世界挑战中的潜力。 第七章:高通量气体分离与膜接触器技术 针对工业气体提纯和碳捕集,本章详细介绍了混合基质膜(MMMs)的构建策略,其中分散相的填料尺寸控制在微米尺度以优化扩散路径和选择性,而非严格的纳米级。探讨了在膜接触器(Membrane Contactor)系统中,如何利用大面积、微米通道的非对称膜来高效处理气液两相流,实现传质效率的最大化。 第八章:先进能源存储中的结构化电极薄膜 在电池和超级电容器领域,本章关注如何通过微结构化集流体或电极活性层来提升电荷传输速率和循环稳定性。研究了如何通过精确控制电极材料的微米级堆积密度和孔隙率,以平衡离子扩散距离与电子传导通路。案例分析包括了三维互连结构薄膜在固态电解质界面稳定性中的作用。 第九章:仿生光学与传感器的宏观集成 本章聚焦于薄膜在模拟自然界复杂光交互结构中的应用。讨论了如何通过光子晶体结构(具有周期性在微米尺度)来操控光线传播,用于构建高对比度的显示器或高效的太阳能吸收器。此外,还涵盖了利用微图案化表面(如微透镜阵列)增强生物传感器的信号采集效率,以及这些薄膜在柔性电子设备中实现机械柔顺性与电学性能兼容的集成挑战。 --- 总结 本书汇集了当前在材料科学领域中,着眼于介观和宏观尺度进行精密工程的最新进展。它强调了超越极限尺寸限制,通过结构几何、界面化学和流体力学的协同作用,来设计和制造下一代功能性薄膜的广阔前景。本书为需要理解和掌握复杂功能薄膜从实验室研究到工业化规模放大之间桥梁的专业人士,提供了不可或缺的知识支撑。

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