什麼材料只能通過氣體而不能通過液體?以及什麼材料只能通過液體而不能通過氣體?

什麼白色的材料只有薄薄軟軟的一層,卻只能通過氣體而不能通過液體?以及什麼材料只能通過液體而不能通過氣體?醫療耗材市場上貌似就有,但不知道叫什麼名字?


只透氣不透水,白白的,還是在醫療上的,題主說的是杜邦公司產的的特衛強防水透汽膜了!

先佔坑,晚上去詳細介紹。

先手機碼一點。這個材料是杜邦二十世紀五十年代開發出來的,是用HDPE閃蒸法成型,將近一個世紀以來暫時沒發現競爭對手,在當時算是絕對的黑科技了。特衛強的優點在於在常溫常壓下為阻止液態水的通過,而讓水蒸氣分子自由通過,同時還有很高的強度。

在建築行業稱之為呼吸紙,意為建築行業用了之後就像是建築可以呼吸了一樣,人在建築裡面即使全部門窗關閉也不覺得悶,對於現在2015年的國內建築行業來說是妥妥的新型材料。

在健康行業特衛強還被稱作防瞞布/除蟎布,蟎蟲不在上面滋生。

每逢鬧瘟疫特衛強就脫銷,因為防護服都是特衛強做的。

醫療行業中用的最多是用來進行無菌包裝。因為特衛強可以透氣,就可以把醫療器械包裝好以後再用環氧乙烷進行滅菌。之後由於透氣的原因,環氧乙烷就會擴散出去。關鍵是,特衛強的孔徑十分小,只允許單分子透過,所以細菌啥的根本進不去。

當然,所謂的透汽不透水,也只是在常溫常壓情況下。真正有壓力的情況還是會透過水的。

其他答案中提到的GORE-TEX膜(PTFE膜)也是和杜邦特衛強原理是一樣的,其製作工藝和特衛強大同小異。而且當年的發明者就是從杜邦出去自己創業的。但是Gore主打的還是運動用品,和杜邦特衛強的應用領域還是有很大的不同的。


@Linda Lin 已經答得很好了,但是有些問題沒有考慮全所以我還是要指出。

能通過氣體而不能通過液體的材料,一般就是膜。
水分子大小接近到不到0.1納米,不能讓水通過的GORE-TEX(其實更準確的說是商業名為Teflon的PTFE薄膜)的小孔大小則是70納米左右。
超濾(ultra-filtration)是一種用來凈水的膜過濾方法,膜的小孔大小平均在50納米左右,如果70納米的膜液體就無法穿越的話,更小孔徑的膜如何讓液體通過。

因此能通過氣體不能通過液體的材料所需要的性質,不只是小孔大小,更重要的是疏水性(hydrophobicity) (或稱厭水性)膜材料的疏水性有個很直觀很直觀的測試方法,就是接觸角度,如下圖

一般接觸角度超過150度的就被認為超疏水(當然低於一定角度就是親水了),在無壓或低壓的情況下液態水是無法通過的,而氣體可以通過小孔。如果因為壓力或疏水塗層掉落導致小孔被液態水堵塞,即使是氣態水也是無法通過薄膜的。這就是為什麼在暴雨情況下差一點的衝鋒衣穿著也會讓人有濕掉的感覺,那不是因為真的漏水了,而是膜的表層有水滲入堵塞了小孔以至於人自身排處的汗水無法蒸發,悶的。提問者要的是

白色的材料只有薄薄軟軟的一層

其實只要平均小孔小於1微米,達到超疏水的薄膜都可以做到,比如

這個是我做的PVDF薄膜,一般含有氟元素的聚合物稍經處理都超疏水,能夠符合要求。

還有一點要提出的是我們所有討論的前提是液體是水,疏水的膜碰到有機物液體,瞬間就浸潤了,如下圖:

同樣的PVDF膜,雖然焦沒對準還是能看出左面的水滴無法浸潤,但是右邊的甲醇滴完全是另外一種狀況。
至於只能通過液體而不能通過氣體的材料,我開始的理解是液體里總會溶有一點氣體的,所以液體要通過的話其中的氣體也應該必然能通過。後來研究了下發現也許生物結構材料在納米級別有獨特的功能,比如紅細胞的膜能選擇性的讓某些液體或氣體通過而另一些不通過,因此能過濾掉氣體僅讓液體通過的材料在理論上還是能做出來的。


遇到材料專業老本行而且我能答的題目異常興奮。

1、什麼材料只能通過氣體而不能通過液體?

要想材料只通過氣體不通過液體,其思路原理是具有尺寸大於氣體分子同時小於最小液滴直徑的微孔材料。

(感謝 @timecoins 補充,此處前提是材料是疏水的,才能有圓形「液滴」的存在和討論意義,如果是親水材料,接觸水後處於浸潤狀態,討論孔徑就沒有意義了。)

目前最常見的一個例子:GORE-TEX膜(PTFE膜)。
GORE-TEX薄膜是美國W.L.Gore Associates, Inc.(戈爾公司)獨家發明和生產的一種輕、薄、堅固和耐用的薄膜,它具有防水、透氣和防風功能。GORE-TEX薄膜是一種每平方英吋有90億個極微小細孔的聚四氟乙烯(PTFE)薄膜,這是GORE-TEX面料防風防水透氣性能的關鍵技術。這些小孔是液態水滴的兩萬分之一,卻是水分子的七百倍大,因此水滴無法穿透它,水蒸氣卻能排放出去。
這種膜被作為夾層用在戶外用的防水透氣衝鋒衣面料上。

2、什麼材料只能通過液體而不能通過氣體?

要想材料只能通過液體而不能通過氣體,肯定不能按照上一條中的尺寸排除的物理思路了,只能通過化學方法,並且只能是選擇透過某種液體分子的,而不可能「擋住所有氣體透過所有液體」。
我個人認為比較容易想到的思路是利用某些具有親水基團的聚合物膜,其透水性強於透氣性(絕對不透氣的聚合物應該也是沒有的),從而達到「透水不透氣」;或利用水是極性、空氣是非極性,用極性聚合物的透水性強於透氣性來達到目的。
另外實驗室常用的一些半透膜、透析膜這類利用滲透壓來透過溶液中的水分子和小分子的膜,使用前通過檢查「氣密性」來判斷是否有裂痕或漏洞。應該也能在某種意義上稱為「透水不透氣」。

一種「透水汽不透其他氣體」的材料例子:聚乙烯醇(PVA)薄膜。
PVA的分子鏈上存在大量羥基(-OH),對水分及氨氣具有較強的透過性,但對氧氣、氮氣、氫氣、氦氣、氬氣及二氧化碳等具有優越的阻隔性,常壓環境下對氧氣的阻隔率約為常用聚乙烯薄膜的1000倍,聚丙烯膜的300倍。使用PVA薄膜可以完好地保持被包裝產品的成分及本身的氣味,不僅能很好地保持包裝物的香味,而且也可防止包裝物受到外界異味的影響。因此常用於水果保鮮(防止袋內濕度過高和凝露)以及某些食品的包裝等。

P.S. 我稍微改了一下題目標題:


只能透氣,不能透過液體的,藍藻等生物里的Gas Vesicle。
想了解的同學可以看這一篇綜述,免費下載:
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC372955/


白白的軟軟的是不是PTFE微孔膜?你看看和生料帶是不是很像


人工材料:GORE-TEX,透氣防水,在戶外裝備中很常用。

天然材料:皮,軟木…等等

至於透水不透氣的還要專業人士回答,

我能舉出一個例子,打吊瓶時中間的那個小囊……會把空氣去掉……不過這不是材料


能通過液體的膜必然能通過氣體吧。如果要分離液體和氣體可以利用連通器的原理。


Nanofiltration membrane 不過說實話沒有那麼絕對的事情,想想熱力學平衡就知道沒有絕對的隔離。


第一個問題gore-tex似乎符合,可通過氣體(空氣、水氣),但不能透過液態水。


牛人很多嗎,說的很有道理!


氣凝膠 絕熱毯aerogel(隔熱材料)


能透過氣體不能透過液體的,別人說的我也長見識了。
能透過液體不能透過氣體的,皮膚是不是啊?


邦迪創可貼


說一個比較常見的材料——硅膠,大部分硅膠可以滿足透氣不透水,且硅膠在固化前是液體,可以改變形狀調製顏色。


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