[发明专利]一种湿润表面的方法

说明书

本发明涉及通过超短电脉冲在原子级薄膜中产生纳米孔。在一种形成纳米孔的方法中，使膜的两个相反表面暴露于导电液体环境。通过液体环境，在两个膜表面之间施加具有第一成核脉冲幅度和持续时间的纳米孔成核电压脉冲。在施加纳米孔成核电压脉冲后，测定膜的电导，并与第一预定电导比较。然后，如果测定的电导不大于第一预定电导，则通过液体环境，在两个膜表面之间施加至少一个额外的纳米孔成核电压脉冲。

本申请是申请号为201480027592.4母案的分案申请。该母案的申请日为2014年3月14日；发明名称为“通过超短电脉冲在原子级薄膜中产生纳米孔”。

相关申请交叉引用

本申请要求2013年3月15日提交的美国临时专利申请61/790,089的权益，其全部内容通过引用结合到本文中。

关于联邦资助研究的声明

本发明根据美国国家卫生研究院(the National Institutes of Health)授予的合同5R01HG003703在政府支持下完成。政府拥有本发明的某些权利。

技术领域

本发明主要涉及在薄材料中产生孔的技术，更具体地讲，涉及产生纳米孔。

背景技术

纳米级孔，在本文中称为纳米孔，已引起许多的研究兴趣，因为通过纳米测度薄膜厚度提供的纳米孔提供对宽范围分子传感和分析应用(例如，DNA测序应用)实现优越分辨率的能力，并在用于例如纳滤应用时能够有很小流阻，例如，在石墨烯或其它很薄的材料膜(在本文中限定为小于约50nm厚度，并且可小于5纳米)中的纳滤应用。然而，在这些原子级薄材料中产生纳米孔已常规通过例如用聚焦电子束钻孔来进行。这种处理冗长，昂贵，并且可能低产率，因为各纳米孔必须单独产生，例如，在高分辨电子显微镜下，并且因为纳米孔径难以调节。另外，烃污染可能带入，且可在电子束钻孔期间在纳米孔中和周围积累。这种污染和纳米孔周围材料的固有表面条件可使纳米孔疏水，从而阻止纳米孔湿润。因此，可靠、可重复产生功能纳米孔仍然是基本的纳米技术挑战。

发明内容

在纳米级材料中形成纳米孔的现有方法的很多限制用利用超短电脉冲的纳米孔形成方法克服。在这样的一种方法中，使膜的两个相反表面暴露于导电液体环境。通过液体环境，在两个膜表面之间施加具有第一成核脉冲幅度的纳米孔成核电压脉冲。纳米孔成核电压脉冲具有脉冲持续时间。在施加纳米孔成核电压脉冲后，测定膜的电导，并与第一预定电导比较。然后，如果测定的电导不大于第一预定电导，则通过液体环境，在两个膜表面之间施加至少一个额外的纳米孔成核电压脉冲。如果测定的电导大于第一预定电导而不大于第二预定电导，则通过液体环境，在两个膜表面之间施加具有调节脉冲电压幅度的至少一个纳米孔径调节电压脉冲。各纳米孔径调节电压脉冲具有脉冲持续时间。

在形成纳米孔的另一种方法中，使膜的两个相反表面暴露于导电液体环境，并通过液体环境，在两个膜表面之间施加具有成核脉冲幅度和脉冲持续时间的至少一个纳米孔成核电压脉冲，以在膜产生纳米孔成核部位。在施加纳米孔成核电压脉冲后，处理膜，以在纳米孔成核部位产生预选纳米孔径。

在形成纳米孔的另一种方法中，使膜的两个相反表面暴露于导电液体环境。通过液体环境，在两个膜表面之间施加各自具有成核脉冲幅度和脉冲持续时间的至少两个纳米孔成核电压脉冲。然后，通过液体环境，在两个膜表面之间施加各自具有调节电压脉冲幅度和脉冲持续时间的至少两个纳米孔径调节电压脉冲。

在形成纳米孔的这些方法之前，可有效湿润膜的表面。在实现这一点的一种方法中，要湿润的表面，例如膜表面，布置在局部湿润环境，并用清洗气体经足以从局部湿润环境去除基本上所有空气并以清洗气体代替空气的清洗时间清洗局部湿润环境。防止空气返回进入局部湿润环境。然后，将液体湿润溶液引入局部湿润环境。清洗气体1)可与液体湿润溶液化学反应，以产生可溶于液体湿润溶液的化学反应产物，或者2)可溶于液体湿润溶液。