仿生液體門控技術(shù) 跨膜壓強(qiáng)測(cè)試方法 編制說(shuō)明

《仿生液體門控技術(shù)跨膜壓強(qiáng)測(cè)試方法》（征求意見(jiàn)稿）編制說(shuō)明《仿生液體門控技術(shù)跨膜壓強(qiáng)測(cè)試方法》由中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)提出，由SAC/TC598全國(guó)仿生學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)歸口，上報(bào)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)批準(zhǔn)為不斷發(fā)展，逐步構(gòu)建出涵蓋力、熱、光、電、磁、聲等多種外場(chǎng)響應(yīng)的液體門控系數(shù)，并規(guī)范通用儀器設(shè)備的使用要求，不僅可填補(bǔ)該領(lǐng)域在國(guó)內(nèi)外測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)上的空北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所有限公司負(fù)責(zé)提供標(biāo)準(zhǔn)編制的指導(dǎo)，提供相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的參考資料，組織標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)調(diào)研、組織標(biāo)準(zhǔn)編寫(xiě)、并組織專家評(píng)審等工作；北京航內(nèi)容的整理、匯總和修改，并負(fù)責(zé)整理反饋意見(jiàn)。秦修功、張志輝、吳兵、呂偉本文件根據(jù)國(guó)情、結(jié)合我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的體系和有關(guān)規(guī)定等進(jìn)行修訂，提高標(biāo)準(zhǔn)的綜合水平。在編寫(xiě)結(jié)構(gòu)、格式和表達(dá)方式上符合我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1.1—2020《標(biāo)本文件主要涵蓋由多種固體膜材料與不同功能液體材料復(fù)合構(gòu)成的仿生液體門控系統(tǒng)的跨膜壓強(qiáng)閾值測(cè)試方法。其核心內(nèi)容基于仿生液體門控系統(tǒng)的技術(shù)原理，仿生液體門控的概念基于液-固限域復(fù)合材料，將液體作為結(jié)構(gòu)材料，通過(guò)固體微米孔道的毛細(xì)作用實(shí)現(xiàn)液體門的可逆開(kāi)關(guān)。該技術(shù)強(qiáng)調(diào)液體材料與固體材料的協(xié)同互補(bǔ)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步將傳統(tǒng)的固/氣（液）界面擴(kuò)展為固/液/氣（液）界面，展現(xiàn)出廣泛的適用性和深厚的研究基礎(chǔ)，同時(shí)響應(yīng)了迫切的產(chǎn)業(yè)需求。近年來(lái)，依托廈門大學(xué)圍繞仿生液體門控技術(shù)原理，已在多相分離、空氣凈化、醫(yī)用導(dǎo)管、乳化技術(shù)、物質(zhì)檢測(cè)、自適應(yīng)性材料和微流體等領(lǐng)域逐步門控技術(shù)的交叉學(xué)科研究取得了多項(xiàng)具有代表性的成果，應(yīng)用范圍涵蓋石油化工、環(huán)境治理、生物醫(yī)學(xué)、航空航天和分析化學(xué)等多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域。該技術(shù)由我國(guó)科學(xué)家率先提出和引領(lǐng)，是突破航空航天領(lǐng)域國(guó)外技術(shù)封鎖、助力碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)之一，備受CCTV和國(guó)際媒體的廣泛關(guān)注與高度評(píng)價(jià)。其未來(lái)發(fā)展不僅有望引領(lǐng)行業(yè)進(jìn)步，還將創(chuàng)造顯著的經(jīng)濟(jì)效益，彰顯出強(qiáng)大的態(tài)效益;（1）已開(kāi)發(fā)了符合本文件規(guī)定的液體門控跨膜壓強(qiáng)智能測(cè)試分析儀，用于驗(yàn)圖2液體門控跨膜壓強(qiáng)智能測(cè)試分析儀架構(gòu)圖該液體門控跨膜壓強(qiáng)智能測(cè)試分析儀在硬件和軟件兩方面進(jìn)行了創(chuàng)新硬件部分包括多相流輸運(yùn)單元、壓力流量測(cè)試單元、膜封裝單元及其總控制系統(tǒng)。軟件部分涵蓋人機(jī)交互界面、主控系統(tǒng)以及服務(wù)器，能夠記錄系統(tǒng)內(nèi)部的壓強(qiáng)、流量、溫度和濕度數(shù)據(jù)隨時(shí)間的變化，并對(duì)應(yīng)液體門控膜的具體門控開(kāi)關(guān)行為。在測(cè)試操作結(jié)束后，相關(guān)數(shù)據(jù)可以直接導(dǎo)出，并傳送至數(shù)據(jù)庫(kù)終端進(jìn)行智能優(yōu)化和分析處理。借助人工智能的數(shù)據(jù)分析，系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)持久化存儲(chǔ)、異常值檢測(cè)、特征數(shù)液體門控膜：多孔固體膜材料為孔徑1μm親水尼龍膜，功能門控液體材料為超純水，傳輸流體為空氣。測(cè)試參數(shù)：溫度25℃,濕度50%，流量依次設(shè)定為4通過(guò)對(duì)液體門控膜進(jìn)行兩次連續(xù)測(cè)試，d得到兩次測(cè)量的臨界跨膜壓強(qiáng)值分別液體門控膜：多孔固體膜材料為孔徑5μm親水尼龍膜，功能門控液體材料為隨著流量增加，系統(tǒng)內(nèi)的增壓速率逐漸提高(左a)，氣體臨界跨膜壓強(qiáng)也將逐漸增大(右b)。這源于仿生液體門控系統(tǒng)的自適應(yīng)調(diào)節(jié)特性——當(dāng)流量增大時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)動(dòng)態(tài)平衡機(jī)制自主擴(kuò)展通道開(kāi)度，為維持穩(wěn)定通量需施加更高驅(qū)動(dòng)壓差以實(shí)液體門控膜：多孔固體膜材料為孔徑5μm親水尼龍膜，功能門控液體材料為超純水（孔徑變化實(shí)驗(yàn)，下圖左a）以及乙醇體積分?jǐn)?shù)分別為0%、20%、40%、60%、80%和100%的乙醇/水混合溶液（表面張力變化實(shí)驗(yàn)，下圖右b），傳輸流根據(jù)正文文件附錄F中的理論公式，傳輸流體的臨界跨膜壓強(qiáng)還受多孔固體膜材料孔徑和與功能門控液體材料界面張力的影響。對(duì)于孔徑來(lái)說(shuō)，孔徑越小，臨界跨膜壓強(qiáng)越大，反之越?。ㄗ骯）；對(duì)于表面張力來(lái)說(shuō)，乙醇在水中的體積分?jǐn)?shù)越①液體門控膜：多孔固體膜材料為孔徑5μm親水尼龍膜，功能門控液體材料?3mol?L?1）的十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）溶液，傳輸流體為空氣。測(cè)試參數(shù)：溫度傳輸流體空氣與SDBS溶液間的表面張力隨著SDBS濃度的升高而逐漸下降。將上述溶液依次作為功能門控液體材料進(jìn)行測(cè)試時(shí)，系統(tǒng)的臨界跨膜壓強(qiáng)數(shù)據(jù)如圖6所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在相同的測(cè)試流重合，臨界跨膜壓強(qiáng)隨著SDBS濃度的增加逐步降低。與表面張力的降低趨勢(shì)相比，液體門控系統(tǒng)測(cè)試得到的表面活性劑分子的CMC拐點(diǎn)更高，因此該測(cè)試更傾向于反映動(dòng)態(tài)界面狀態(tài)下溶液的CMC數(shù)據(jù)。②功能門控液體材料為分別含有無(wú)機(jī)鹽NaCl和CaCl2的4×10?3mol?L?1的表1金屬陽(yáng)離子作用下的系統(tǒng)氣體跨膜壓強(qiáng)閾值測(cè)試結(jié)果添加的金屬陽(yáng)離子類型臨界跨膜壓強(qiáng)/(kPa)僅表面活性劑溶液20.57Na+Ca2+金屬離子與帶電基團(tuán)間的偶極誘導(dǎo)作用有效削弱了SDBS頭基間的靜電斥力，促使界面上SDBS單分子層排布更加緊密，導(dǎo)致傳輸流體空氣與功能門控液體材料間的表面張力進(jìn)一步降低，測(cè)得的系統(tǒng)臨界跨膜壓強(qiáng)隨之降低，從而實(shí)現(xiàn)金屬離子價(jià)離子Na+表明Ca2+對(duì)氣體跨膜壓強(qiáng)閾值的降低效果顯著大于Na+，對(duì)其檢測(cè)也更（3）下一步計(jì)劃與聯(lián)合單位合作，開(kāi)展仿生液體門控系統(tǒng)在石油和航空領(lǐng)域液體門控技術(shù)不僅適用于空氣凈化，還在物質(zhì)微量檢測(cè)領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景，可用于檢測(cè)病毒、細(xì)菌、毒品、重金屬離子等，推動(dòng)微型反應(yīng)器的開(kāi)發(fā)以及催化、乳化和制藥等領(lǐng)域的研究與發(fā)展。該技術(shù)在環(huán)境治理、節(jié)能膜材料、生物醫(yī)學(xué)工程和航空航天等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。例如，在環(huán)境治理方面，可利用液體門控技術(shù)進(jìn)行有害物質(zhì)的檢測(cè)與空氣凈化；在節(jié)能膜材料領(lǐng)域，可研發(fā)高性能膜材料，應(yīng)用于水處理和氣體分離等；在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，該技術(shù)可用于細(xì)胞培養(yǎng)、藥物篩選等實(shí)驗(yàn)研究；在航空航天領(lǐng)域，可用于空間環(huán)境的監(jiān)測(cè)與凈化，為航天器提供更加清潔和穩(wěn)定的操作環(huán)境。通過(guò)不斷拓展應(yīng)用場(chǎng)景，液體門控技術(shù)有望推動(dòng)多個(gè)目前，國(guó)際上尚未制定針對(duì)仿生液體門控技術(shù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或先進(jìn)規(guī)范。本在制訂過(guò)程中，始終密切跟蹤國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究和技術(shù)發(fā)展的最新進(jìn)展，同時(shí)參考了目前，國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)行業(yè)尚無(wú)同類標(biāo)準(zhǔn)。本文件內(nèi)容覆蓋領(lǐng)域廣泛，結(jié)構(gòu)嚴(yán)技術(shù)參數(shù)設(shè)置合理，具有較強(qiáng)的可操作性。其特點(diǎn)包括適用性強(qiáng)、通用性廣、測(cè)定為確保國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《仿生液體門控技術(shù)跨膜壓強(qiáng)測(cè)試方法》的順利實(shí)施，需建立標(biāo)準(zhǔn)宣貫實(shí)施工作小組，由相關(guān)領(lǐng)域的專家、學(xué)者和行業(yè)代表組成，負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)的宣傳、推