具体实施方式

提供了基于物体的限定性质过滤物体的装置和方法。

本文使用的术语“介质”描述了能够含有、携带、运输或转移目标物体的任何材料。介质可以是例如气体、液体、固体或真空。默认情况下，介质是指与指定装置相互作用的所有物体的集合。

本文使用的术语“物体(object)”描述了介质的任何组分。可以将物体描述为颗粒，诸如灰尘颗粒、烟尘颗粒、水滴或水分子。物体的其他示例是亚原子粒子，诸如电子或质子。物体也可以描述为波，诸如光子或声子。注意，对于本发明的实施方式，OI需要能够彼此相互作用，其中相互作用可以指碰撞、散射事件或由至少一种其他OI带来的至少一种OI的性质的另一种改性。物体可以具有目标性质以及限定性质，该限定性质可以用于将物体与介质的其他物体区分开。本发明适用于可以被认为包括不同物体的任何介质。

可以将“动态边界条件”定义为简化的场景，其中第一容器和第二容器上的介质的性质在时间和空间上一致且均匀。

可以将“静态边界条件”定义为简化的场景，其中第一和第二容器的大小是有限的，并且彼此隔离以及与除了本发明的实施方式外的任何其他容器隔离，允许在第一容器和第二容器之间交换OI。在静态边界条件下，第一和第二容器中的介质的目标宏观性质已经达到稳态值，即，该值在时间和空间上基本恒定，即，在整个容器中基本均匀。例如，这种宏观性质可以指介质的压力、温度或密度。

通道的“特征宽度”是能够通过通道扩散的理论球形目标物体的最大碰撞直径。

用于示例板实施方式的“默认边界条件”可以指模型场景，其中第一容器和第二容器处的介质的性质在时间和空间上一致且均匀。

“基线场景”可以指这样的场景，其中包括过滤装置的示例实施方式被“基线装置”代替，该“基线装置”包括实心的、不可渗透的、可能反射的平板，并且经受默认边界条件。

“基线概率”可以指在基线场景中完成相互作用之后与基线装置相互作用的任何物体位于基线装置的指定侧的概率。例如，基线装置任一侧的基线概率可能是50％。

图1是本发明的另一个实施方式的横截面视图。图1中所示的装置的一些特征以及该装置的一些操作原理与其他附图中所示的装置具有相似之处，因此在图1的上下文中将不再同样详细地描述，反之亦然。

存在第一容器240和第二容器241，其中介质包括目标物体或“OI”，其由单独颗粒示意性表示，诸如OI 257的示意性表示。在简化的实施方式中，OI假定为球形。在图1中，为简单起见，可以将介质视为包含单原子分子的理想气体。在其他实施方式中，介质可以由其他类型的物体组成，诸如水分子。在其他实施方式中，OI不必是球形的，而是可以采用任何形状。例如，OI可以是双原子分子，或者多原子分子，或者气溶胶粒子，比如灰尘颗粒或花粉，其可以采取多种形状。介质还可以包含几种不同类型的物体，例如盐水中发现的钠离子和氯离子，或导体中的电子。OI也可以是亚原子粒子，例如电子、正电子或光子。OI也可以是虚拟粒子或虚拟物体，例如虚拟光子、虚拟电子或虚拟正电子，如量子场论所描述的。这些虚拟粒子会产生零点能和相关效应，例如卡西米尔效应。

在该示例中，本发明由通道系统242体现，该通道系统242包括第一梯度区段247和第二梯度区段249。OI能够通过第一入口252从第一容器240扩散到第一梯度区段247中，以及通过内部通道开口250从第一梯度区段247扩散到第二梯度区段249中，以及通过第二入口253从第二梯度区段249扩散到第二容器241中。OI还能够通过通道系统242从第二容器241扩散到第一容器240中。在其他实施方式中，还存在均匀区段，例如图2中的均匀区段273，其连接第一梯度区段247和第二梯度区段249。

本发明的实施方式可以包括若干通道系统，例如通道系统242。在一些实施方式中，通道系统在XZ-平面中彼此紧邻定位。例如，一个通道系统的第一入口252可以与六个其他通道系统的六个其他第一入口相邻。在这种情况下，第一入口252可以具有六边形形状。

通道系统242被整体材料(bulk material)245包围，整体材料245包括第一表面243和第二表面244，两者均是平面的并且平行于XZ-平面。整体材料245可以由任何合适的材料制成，例如金属、复合材料或陶瓷。在一些实施方式中，整体材料245也可以被描述为织物。在一些实施方式中，整体材料245可以包括石墨烯。在该实施方式中，整体材料245被配置为对OI完全反射。注意，在该实施方式和这种类型的实施方式中，反射可以是镜面反射或漫反射。在其他实施方式中，整体材料245可具有大于零的反射率。

在该实施方式中，当沿Y-方向观察时，通道系统242的横截面几何形状是恒定的并且是圆形的。在其他实施方式中，通道可具有任何横截面，例如正方形、矩形或多边形横截面。在其他实施方式中，通道系统242的横截面几何形状不必在整个通道系统中都是恒定的。例如，通道系统242的横截面几何形状可以作为沿着Y轴的位置的线性函数从第一入口252处的六边形形状变为内部通道开口250处的圆形横截面。

在一些实施方式中，在整个第一梯度区段247中，通道横截面面积的尺寸在负Y-方向上平均地减小。在图1所示的实施方式中，通道横截面面积的直径的减小是沿Y-轴的位置的线性函数。通道的横截面面积在负Y-方向上以减小的比率减小。在其他实施方式中，横截面面积的减小可以是沿Y-轴的位置的线性函数。在一些实施方式中，横截面面积可以在负Y-方向上以增加的比率减小。

在这种实施方式中，在整个第二梯度区段249中，通道横截面面积的尺寸在负Y-方向上平均地增加。在图1所示的实施方式中，通道横截面面积的直径的增加是沿Y-轴的位置的线性函数。通道的横截面面积在负Y-方向上以增加的比率增加。在其他实施方式中，横截面面积的增加可以是沿Y-轴的位置的线性函数。在一些实施方式中，横截面面积可以在负Y-方向上以减小的比率增加。

内部通道250的横截面面积比图1中OI的横截面面积大四倍，或者等于OI的碰撞面积，其中碰撞面积是OI的有效扫描体积的有效横截面面积。有效扫描体积是与OI运动相关的体积，其中两个OI的扫描体积的交叉与两个OI之间的相互作用相关。在其他实施方式中，通道面积可以小于OI的碰撞面积，但是足够大，使得至少一种OI能够扩散通过内部通道250。在其他实施方式中，通道面积可以小于OI的碰撞面积的十倍。在一些实施方式中，内部通道开口250的尺寸处于第一容器240中的介质中的OI之间的平均间隔距离的量级。在一些实施方式中，内部通道开口250的尺寸处于第一容器240中的OI的平均自由程的量级。在一些实施方式中，内部通道开口250的尺寸是第一容器240中OI的平均自由程的数个数量级的量级。在一些实施方式中，内部通道开口250的尺寸小于第一容器240中OI的平均自由程的1000倍。在其他实施方式中，通道面积可以是任何合适的尺寸。在一些实施方式中，通道宽度在时间上是恒定的。在其他实施方式中，不必是这种情况。例如，可以调节通道的宽度以控制OI通过内部通道250的扩散速率。在通道系统242中沿Y-方向的给定位置处的通道的宽度可以在任何时间点(at any instant in time)取任何合适的值，其中适合性取决于特定应用，并且可以使用本领域已知的方法来确定

第一通道入口252和第二通道入口253的横截面面积由分别在正Y-方向和负Y-方向上的通道的横截面面积的增加比率以及沿Y-方向分别第一梯度区段247和第二梯度分段249的长度来确定。

在所描绘的实施方式中，第一梯度区段247沿Y-方向的长度足够大，使得第一通道入口252的宽度大于第一容器240中OI的平均自由程的1000倍。注意，粒子(例如粒子257)的实际密度远大于图1中所示的密度。该差异是由于描述的清楚性。在其他实施方式中，第一通道入口252的宽度可以小于第一容器240中OI的平均自由程的1000倍，条件是以下描述的本发明的原理仍然适用。

在所描绘的实施方式中，第二梯度区段249沿Y-方向的长度足够大，使得第二通道入口253的宽度大于第二容器241中OI的平均自由程的1000倍。在其他实施方式中，第二通道入口253的宽度可以小于第一容器240中OI的平均自由程的1000倍，条件是以下描述的本发明的原理仍然适用。

内部通道开口250的特征宽度通常小于该位置处目标物体的平均自由程的1000倍。在一些实施方式中，所述通道的特征宽度小于所述平均自由程的10倍。在一些实施方式中，所述通道的特征宽度小于目标物体的碰撞直径的1000倍。在一些实施方式中，所述通道的特征宽度小于目标物体的碰撞直径的10倍。在一些实施方式中，所述通道的特征宽度小于目标物体的碰撞直径的5倍。

第一梯度区段247的横截面面积的特征尺寸在沿着Y方向的指定位置处沿着Y方向的变化率被称为“第一梯度”。“第二梯度”是第二梯度区段249的横截面面积的特征尺寸在沿着Y方向的指定位置处沿着Y方向的变化率。在图1中，横截面面积的特征尺寸是通道的直径。在其他实施方式中，特征尺寸可以是通道的周向平均直径。沿着Y方向的第一梯度区段247的整个长度的平均第一梯度被称为“平均第一梯度”。沿着Y方向的第二梯度区段256的整个长度的平均第二梯度被称为“平均第二梯度”。在图1中，表示为“MAG1”的平均第一梯度的大小大于表示为“MAG2”的平均第二梯度的大小。在其他实施方式中，不必是这种情况。在图1中，第一梯度在整个第一梯度区段247中为正且恒定，而第二梯度在整个第二梯度区段249中为负且恒定。

对于默认边界条件，在与控制体积(control volume)的第一表面相互作用之前位于第一容器240处的介质的物体的概率为50％，其他50％施加于第二容器241。由于第一捕获面积(capture area)大于第二捕获面积，从第一容器240进入通道系统的粒子的概率大于从第二容器241进入通道系统的粒子的概率。经由第一捕获面积进入通道系统和经由第二捕获面积离开的粒子的分数可以被称为“第一透过率”，同时“第二透过率”描述了经由第二捕获面积进入通道系统并经由第一捕获面积离开的粒子的分数。透过率的值是装置的几何形状以及介质性质的函数。对于如本文所描述配置的过滤装置的默认边界条件，当第一透过率与第二透过率之比乘以第一捕获面积与第二捕获面积之比大于1时，将存在从第一容器240至第二容器241的物体的净流速。通道系统的几何形状以及第一捕获面积与第二捕获面积之比是可以优化以使约束(constraint)的目的物体最大化的参数的示例。对于动态边界条件，目的可以是从第一容器240到第二容器241的目标性质的净流速，或者对于静态边界条件，是第二容器241中目标物体的数密度与第一容器240中目标物体的数密度之比。

在图1-5的上下文中，可以用几种不同的方式定义通用捕获面积。注意，以一种方式定义的通用捕获面积不一定与以不同方式定义的通用捕获面积相同，诸如在其他实施方式和其他附图的上下文中定义的通用捕获面积的方式。但是，对于通用捕获面积的不同定义，通用捕获面积的概念基本相同。

在图1-5的上下文中，通用捕获面积默认定义如下。对于描述通道开口的表面上的给定增量面积和给定方向，可以定义从指定方向并在指定的增量面积下穿过通道开口的OI的最后散射事件的平均位置。在图1中，通道开口定义为与XZ平面平行且与通道开口250的指示位置重合的理论表面。考虑以下简化示例以说明该概念。考虑平面通道开口，该开口面向容纳理想气体的无限容器。在通道开口的面向理想气体的平面一侧上没有结构。换句话说，通道开口可以被认为是嵌入在无限容器中定位的理想气体内的理论平面表面。在这种配置中，当考虑所有可能的方向时，从指定方向通过平面通道开口内的增量面积的理想气体分子的最后散射事件的平均位置形成三维表面。该表面被称为“起源表面”。在所描述的简单示例中，起源表面是半球，该半球以增量面积的中心为中心并突出到容器中。与该半球相关的半径是理想气体分子的平均自由程的函数。对于通道开口的每个增量表面面积，都可以找到这样的起源表面。可以计算通道开口的所有增量面积的所有起源表面的包络线(envelope)。包络线是起源表面上与描述通道开头的表面上的任意点距离最远的点集。该包络线还描述了三维表面，该三维表面与通道开口表面一起封闭了一个体积。该体积可以被称为通道开口的前述通用捕获面积。前述定义是通用捕获面积的默认定义。

可选地，可以将通用捕获面积定义如下。通用捕获面积的边界，即包围通用捕获面积的表面，可以被认为包括三个区段。第一区段是描述通道开口的表面。第二区段是表示指定容器的空间范围限制的表面。例如，第二区段可以是通用捕获面积中与指定通道关联的整体材料表面接触的部分。第三区段是通用捕获面积的剩余边界。第三区段穿过指定容器。注意，在本发明的一些实施方式中，不需要第二区段。第三区段的位置和形状可以定义如下。考虑物体，例如OI，从指定容器扩散到与通道开口关联的通用捕获面积中。一旦在通用捕获面积内，物体最终可以扩散到通道开口。一旦在通用捕获面积内，物体也可以扩散到通用捕获面积之外，而不必具有通道开口。可以将“相互作用概率”定义为通过通用捕获面积的边界表面的增量表面元件扩散进入通用捕获面积的指定物体在通过通道开口或第三区段扩散出通用捕获面积之前至少一次入射在指定通道开口上的概率。可以根据相互作用概率的指定值来定义通用捕获面积的边界。换句话说，扩散通过通用捕获面积的边界的第三区段的所有物体在扩散出通用捕获面积之前具有与指定通道开口相互作用至少一次的相同指定概率。注意，根据定义，通过指定通道开口扩散出通用捕获面积的任何物体必须与指定通道开口相互作用至少一次。默认情况下，该相互作用概率为0.1。

通用捕获面积也可以定义如下。边界表面的第三区段上的给定点与边界表面的第一区段(即通道开口)上的任何点之间的最小距离可以定义为指定容器中物体的平均自由程长度的指定函数。默认情况下，指定函数是平均自由程长度的线性函数，其中默认的比例常数为十。

通用捕获面积可以另外定义如下。对于静态边界条件，每单位时间在通道开口上入射的物体的速率是已知的。入射物体的这种速率称为“入射通量(flux)”。可以将通用捕获面积的边界表面的第三区段定义为物体通过其从指定容器到通用捕获面积的扩散速率为入射通量的指定函数的表面。默认情况下，物体通过第三区段的扩散速率与入射通量直接成比例，其中比例常数大于1。这是由于OI扩散到通用捕获面积中的一部分也扩散到通用捕获面积之外而没有入射到通道开口上。此比例常数的默认值为10。可以以这样的方式定义第三区段的形状，其中对于静态边界条件，物体通过第三区段的增量表面的预期扩散速率对于第三区段的任何和所有增量表面是恒定且均匀的。因此，第三区段可以被认为是恒定的通量轮廓。如所提到的，通量仅需要进入第三区段，即，不减去返回通量，并且该通量通常被定义为大于或等于入射通量。

通用捕获面积也可以通过以下方式进行解释。根据前述的通用捕获面积的默认定义，位于通用捕获面积的边界的第三区段处或其附近的任何物体的状态可以被认为是独立的或与通道开口处物体的状态不相关。因此，在第三区段处的物体的性质近似等于指定容器中——即在通用捕获面积之外的任何物体的性质。在图1所示的简化情况下，状态是指OI的速度大小和方向。在其他实施方式中，状态可以指代其他或另外的参数。第三区段标记最靠近通道开口的位置，在该位置处，对象的平均性质与指定容器的介质中的物体的平均性质基本匹配。因此，第三区段可以解释为通道与指定容器之间的真实界面。第三区段也可以解释为相对于指定容器的指定通道开口的孔口。第三区段也可以解释为关于指定容器的指定通道开口的有效通道开口或捕获面积。

根据本发明的一些实施方式，对于静态边界条件，第一容器的第一通道开口的第一通用捕获面积的第三区段的表面积大于第二容器的第二通道开口的第二通用捕获面积的第三区段，其中第二通道开口和第一通道开口与同一通道系统关联。

在第一梯度区段247中内部通道开口250的第一通用捕获面积的边界表面的第三区段由虚线254示意性地表示。对于静态边界条件，在第二梯度区段249中内部通道开口250的第二通用捕获面积的边界表面的第三区段由虚线255示意性地表示。由于通道开口是轴对称的，因此相关的通用捕获面积的边界表面关于平行于Y轴的轴线是轴对称的。“假设情况”的第二梯度区段249中内部通道开口250的“假设通用捕获面积”的边界表面的第三区段由虚线256示意性表示。在假设情况下，第二容器241中介质的性质被认为与第一容器240中的介质的性质相同。注意，实践中，因为该配置类似于动态边界条件的初始配置，因此这种配置只能瞬时地保持，即在无限短的时间段内。注意，对于静态边界条件，第一梯度区段247内的介质的性质是基本上均匀的、各向同性的，并且等于第一容器240中的介质的性质，以及第二梯度区段249内的介质的性质是基本上均匀的、各向同性的，并且等于第二容器241中的介质的性质。例如，这些性质可以包括容器内OI的压力或密度。为简单起见，可以将通用捕获面积视为以通道开口中心为中心的某个半径的球体的体积与指定容器的体积之间的交叉(intersection)。假设的通用捕获面积256和第一通用捕获面积254的半径在大小上可以认为是相似的，因为在假设的情况下，其中包含的介质和OI的性质在第二容器241和第一容器240中相同。通常，第一通用捕获面积254的第三区段的表面积大于假设的通用捕获面积256的第三区段的表面积。在图1中，这是由于当与在相邻第一通用捕获面积254的整个第一梯度区段247的部分上沿Y-轴观察的通道横截面面积的尺寸在正-Y方向上较不平缓(less gradual)增加进行比较时，在相邻第二通用捕获面积255的整个第二梯度区段249的部分上沿Y-轴观察的通道横截面面积的尺寸在负Y方向上更平缓(more gradual)增加。为了简单起见，将指定容器中的指定通道开口的指定通用捕获面积的边界表面的第三区段的表面积称为“孔径(aperture)”。由于较大的孔径，OI从第一梯度区段247通过内部通道开口250进入到第二梯度区段249的扩散速率大于上述假设情况的OI从第二梯度区段249通过相同的通道开口进入到第一梯度区段247的假设的扩散速率。在静态边界条件下，通过内部通道开口250的任一方向的扩散速率必定相同。为了满足该约束，尽管较小的孔径，第二个容器241中的OI的数密度必定大于第一个容器240中的OI的数密度，如图1中所示。由于更大的数密度和减小的平均自由程，实际的第二通用捕获面积255的半径和孔径小于假设的通用捕获面积256的半径和孔径。对于静态边界条件的一些实施方式，OI在第二容器241中的压力大于OI在第一容器240中的压力。对于静态边界条件的一些实施方式，OI在第二容器241中的熵小于OI在第一容器240中的熵。对于静态边界条件的一些实施方式，OI在第二容器241中的平均速度基本上等于OI在第一容器240中的平均速度。对于静态边界的一些实施方式，OI在第二容器241中的温度基本上等于OI在第一容器240中的温度。

对于动态边界条件，存在OI从第一容器240进入到第二容器241的净扩散。因此，发明的实施方式也可以被认为是涉及泵送的应用。由于OI的净扩散，因此存在正Y方向上作用在本发明的实施方式的净力。这种力可以用来做机械功。例如，可以将包含根据本发明配置的通道阵列的平板安装在飞机或航天器上，并用于产生推力或提供致动，用于姿态(attitude)控制。该机械功也可以通过发电机转换为电能。在OI携带电荷的情况下，例如在OI是电子或带正电或带负电的离子的情况下，本发明的实施方式可以用来产生净电荷运动，其可以用来做电功。该电功也可以通过电动机转换成机械功。因此，本发明的实施方式也可以考虑用于涉及发电或电消耗的应用。

第一梯度区段247中的平均梯度的较大大小导致与假设的第二通用捕获面积256的孔径相比，与第一通用捕获面积254相关的更大的孔径。这导致与在假设的情况中从第二通用捕获面积255的第二孔径到内部通道开口250的OI扩散的聚焦作用相比，从第一通用捕获面积254的第一孔径到内部通道开口250的OI扩散的聚焦作用更强。聚焦作用来自于从第二梯度区段247朝向内部通道开口250的统计或自然扩散OI。

在描述图1所示的实施方式的操作原理时，需要区分OI和通道的内壁之间的镜面反射和漫反射。注意，两种类型的反射都可以导致与第一梯度区段相比第二梯度区段中的孔径减小。注意，与通过整体材料245的透射或吸收相反，镜面反射和漫反射可以被视为通过整体材料245的完全反射。在图11的上下文中详细描述了在OI与通道的内壁之间存在镜面反射的情况。由于通道的相对壁之间形成的角度，OI与通道壁之间的镜面反射支持沿通道的长度的OI扩散，其也与目标物体的轨迹角度的变化相关联，其中轨迹角度的变化指向通道的较大横截面面积的区域。结果，连续的壁碰撞可导致在朝向通道的较大横截面面积的区域的方向上，如在第二容器的方向或第一容器的方向上，OI的轨迹的转向或聚焦。转向或聚焦的程度是梯度区段的梯度或沿着通道长度的通道横截面面积的变化率的函数。通常，较小的梯度将导致较强的聚焦作用和较小的孔径，如图11所描绘的。因此，与第一梯度区段相比在第二梯度区段中沿通道的长度的横截面面积的更平缓变化可以与和第一梯度区段相比在第二梯度区段中更小的孔径面积相关联。注意，在这种实施方式中，沿着通道的长度的目标物体的数密度在减小横截面面积的方向上减小。第二梯度区段的减小可以大于第一梯度区段的减小。由于需要在第一和第二梯度区段之间的界面处(即在减小横截面面积的区域处或内部通道开口250处)的OI的数密度相等，因此，第二梯度区段中更大的数密度变化导致与第一容器240相比，在第二容器241中更大的OI数密度。

如下描述在OI与通道的内壁之间存在漫反射的情况。在确定OI的通量(即每单位时间和每单位面积上穿过诸如内部通道250的减小横截面面积的区域的OI的数量)时，需要将对来自漫射壁诸如通道的内壁，以及来自通道的内部体积的通量的贡献相加。在比较来自其中通量单纯由OI的体积提供(其中该体积不含有任何壁)的第一场景的通量与来自其中通量由包括相同数密度的OI和包括漫射壁的通道的内部体积提供的第二场景的通量时，显然漫射壁的作用是替代或屏蔽或遮盖位于漫射壁外的OI的理论体积。为了使来自第一场景和第二场景的通量相等，来自通道的漫射壁的通量贡献必须等于位于漫射壁外的理论体积的通量贡献。对于通道内部体积中给定数密度的OI，随着漫射壁之间的间隔距离减小到小于目标物体的平均自由程的大约1000倍的值，到漫射壁和来自漫射壁的通量贡献减小。因此，对于通道的内部漫反射壁之间的足够小的间隔，来自漫射壁的通量贡献小于位于漫射壁之外的等数密度的OI的理论体积的通量贡献。因此，在这种情况下，来自第二场景的通量贡献小于来自第一场景的通量贡献。减小的通量与和第一场景相比第二场景中孔径的减小相关。在静态边界条件下，来自第一场景的通量必须等于来自第二场景的通量。因此，第二场景的内部通道中的OI的数密度大于第一场景的半无限体积中的OI的数密度。在图1中以线258的形式描绘了沿通道长度的这种密度增加。注意，沿着通道长度的OI的数密度的梯度是通道中OI的局部数密度(即，通道中OI的局部平均自由程)以及通道的横截面面积的变化率的函数。注意，通道中OI的平均自由程也是OI的碰撞直径的函数。因此，可以使用相比第一梯度区段在第二梯度区段中更浅的梯度，以引起与相对于横截面面积205减小的区域的位置在第一梯度区段中OI的数密度的减少相比更小的第二梯度区段中OI的数密度的减小。这可以导致对于静态边界条件而言与第一容器240相比OI在第二容器241中更大的数密度。类似原理解释了在图2-10中显示的实施方式的操作。

可以以这样的方式配置图1-5中所示的实施方式：其中目标物体与通道的内壁之间的相互作用可以包括漫反射。在一些这样的实施方式中，超过50％的所述相互作用可被描述为漫反射。在一些这样的实施方式中，超过90％的所述相互作用可被描述为漫反射。在一些这样的实施方式中，超过30％的所述相互作用可被描述为漫反射。

注意，在图1-5中，OI的数密度相对于沿通道长度的位置的曲线表示漫反射通道壁。出于说明性目的，提供了这些曲线，并且无意于限制这些几何形状的应用或本发明的范围。图1至5所示的实施方式还可以以如下方式配置：其中目标物体与通道的内壁之间的相互作用可以包括镜面反射。在一些这样的实施方式中，超过50％的所述相互作用可被描述为镜面反射。在一些这样的实施方式中，超过90％的所述相互作用可被描述为镜面反射。在一些这样的实施方式中，超过30％的所述相互作用可被描述为镜面反射。

OI与图7或图10A中的过滤的物体之间或图6、图8和图9中的多孔整体材料(诸如多孔整体材料162)之间的相互作用可以描述为漫反射或散射事件。

在线258的上下文中，平行于X轴的轴线261示意性地表示平均OI分数，而平行于Y轴的轴线262表示沿着Y-方向测量所述平均OI分数的位置。沿着通道系统241的中心轴测量平均OI分数。虚线259示出了第一容器240中的平均OI分数的值以供参考。

在线260的上下文中，轴线261表示平均整体分数(average bulk fraction)，而轴线262表示沿Y-方向测量所述平均整体分数的位置。如前所述，沿Y方向在指定位置处未被第一容器240、第二容器241、第一梯度区段247或第二梯度区段249占据的空间的平均部分表示为“平均整体分数”。

由于第二梯度区段中的孔径减小，在假设的情况下，OI从第二容器241到第二理论通用捕获面积的扩散速率比OI从第一容器240到第一通用捕获面积254的扩散速率低。为了平衡静态边界条件的后者的扩散速率，第二容器241中介质的一些性质的值需要与第一容器240中介质的相同性质的值不同。例如，第二容器240中OI的平均体积数密度可以大于第一容器240中OI的平均体积数密度。

可以通过减小内部通道250的横截面面积，相对于与第二通用捕获面积255相关的孔径增加与第一通用捕获面积247相关的孔径来提高图1所示类型的本发明的实施方式的效能(effectiveness)。其他参数，例如描述OI性质的那些参数，例如OI的碰撞直径，也影响实施方式的效能。效能可以以几种方式来表征，例如对于静态边界条件，第二容器241中OI密度与第一容器240中OI密度之比，或者对于动态边界条件，OI从第一容器240至第二容器241的通量率，或这些计量的组合。在其他实施方式中，效能可以是OI从第一容器240到第二容器241的净扩散速率。串联连接本发明的装置的若干级(stage)，例如图2所示的装置，即，允许第一装置的第二容器与第二装置的第一容器重合可以提高效能。如所提到的，并行地排布数个通道系统，例如通道系统267，即，在XZ-平面中排布多个相邻的通道系统，可以实现期望的效能。可以使用本领域中已知的方法找到本发明实施方式的最合适的配置。

注意，随着内部通道开口250的尺寸增加而第一梯度和第二梯度的值以及OI的性质不变，第一通用捕获面积254的孔径与第二通用捕获面积255的孔径的比减小。结果，降低了本发明实施方式的效能。在这种情况下，内部通道开口250的尺寸可以用内部通道开口250的直径来表示。因此，对于一些实施方式，可以期望内部通道开口250的尺寸为OI的碰撞直径的量级，或尽可能小到制造方法所能达到的可行度，同时仍允许OI扩散通过内部通道开口250。例如，可以使用半导体制造领域中已知的方法来制造本发明的实施方式。

图2是本发明的另一个实施方式的横截面视图。图2中所示的装置的一些特征以及该装置的一些操作原理与其他附图，特别是图1中所示的装置具有相似之处，并因此在图2的上下文中将不再对其进行详细描述，反之亦然。

存在第一容器265和第二容器266，其中介质包括OI，该OI由单独颗粒示意性表示，例如OI 282的示意性表示。

在该示例中，本发明通过通道系统267体现，该通道系统267包括第一梯度区段273或均匀区段273和第二梯度区段274。OI能够通过第一开口275从第一容器265扩散到均匀区段273中，并通过内部通道开口276从均匀区段273扩散到第二梯度区段274中，并通过第二入口278从第二梯度区段274扩散进入第二容器266。OI还能够通过通道系统267从第二容器266扩散到第一容器265中。其他实施方式不需要包括均匀区段273。换句话说，内部通道开口276不必在过滤装置内部，而是代替地可以与第一开口275相同，即形成第二梯度区段274和第一容器265之间的界面。

本发明的实施方式可以包括若干通道系统，例如通道系统267。在一些实施方式中，通道系统在XZ-平面中彼此紧邻定位。例如，一个通道系统的第二入口278可以与六个其他通道系统的六个其他第二入口相邻。在这种情况下，第二入口278可以具有六边形形状。

通道系统267被整体材料270包围，整体材料270包括第一表面268和第二表面269，两者均是平面的并且平行于XZ-平面。整体材料270可以由任何合适的材料制成，例如金属、复合材料(例如玻璃纤维或碳纤维)或陶瓷。

在该实施方式中，当沿Y-方向观察时，通道系统267的横截面几何形状是恒定的并且是圆形的。在其他实施方式中，通道可具有任何横截面，例如正方形，矩形或多边形横截面。在其他实施方式中，通道系统267的横截面几何形状不必在整个通道系统中都是恒定的。例如，通道系统267的横截面几何形状可以作为沿着Y轴的位置的线性函数从第二入口278处的六边形形状变为内部通道开口276处的圆形横截面。

在均匀区段273中，通道横截面面积的尺寸沿Y-方向是恒定的。

为简单起见，图2中的第二梯度区段274与图1中的第二梯度区段249相同。在图1的上下文中讨论的第二梯度区段249的实施方式和配置也适用于第二梯度区段274。

在图2所示的实施方式中，均匀区段273的横截面面积的尺寸与内部通道开口250的横截面面积的尺寸相同。

第一容器265中的第一通道开口275的第一通用捕获面积的边界表面的第三区段由虚线279示意性地表示。对于静态边界条件，第二梯度区段274中的内部通道开口276的第二通用捕获面积的边界表面的第三区段由虚线280示意性地表示。由于通道开口是轴对称的，因此通用捕获面积的边界表面关于平行于Y-轴的轴线是轴对称的。假设情况的第二梯度区段274中的内部通道开口276的假设通用捕获面积的边界表面的第三区段由虚线281示意性表示。在该假设情况下，第二容器266中介质的性质被认为与第一容器265中介质的性质相同。

在图2所示的实施方式中，第一通用捕获面积279的孔径大于图1中第一通用捕获面积254的孔径。在图2中，第一容器265可以被认为等效于第一梯度区段，例如第一梯度区段247——对于第一梯度在大小上是无限的场景。与图1所示的装置相比，第一通用捕获面积279的较大孔径可以导致装置的改进的前述效能。与图1所示的装置相比，对于图2所示的装置，第二容器266中的OI的密度与第一容器265中的OI的密度的更大比率表明了这一点。

在线283的上下文中，平行于X轴的轴线286示意性地表示平均OI分数，而平行于Y轴的轴线287表示沿着Y-方向测量所述平均OI分数的位置。沿着通道系统267的中心轴测量平均OI分数。虚线284示出了第一容器265中的平均OI分数的值以供参考。

在线285的上下文中，轴线286表示平均整体分数，而轴线287表示沿Y-方向测量所述平均整体分数的位置。如前所述，沿Y方向在指定位置处未被第一容器265、第二容器266、均匀区段273或第一梯度区段273占据的空间的平均部分表示为“平均整体分数”。

图3是本发明的另一个实施方式的横截面视图。图3中所示的装置的一些特征以及该装置的一些操作原理与其他附图中所示的装置具有相似之处，因此在图3的上下文中将不再同样详细地描述，反之亦然。

存在第一容器290和第二容器291，其中介质包括OI，其由单独颗粒示意性表示，诸如OI 307的示意性表示。

在该示例中，本发明通过通道系统292体现，该通道系统292包括进口区段297、均匀区段298和第二梯度区段299。OI能够通过第一通道开口300从第一容器290扩散到均匀区段298中，以及通过内部通道开口301从均匀区段298扩散到第二梯度区段299中，以及通过第二入口303从第二梯度区段299扩散到第二容器291中。OI还能够通过通道系统292从第二容器291扩散到第一容器290中。其他实施方式不需要包括均匀区段298。

本发明的实施方式可以包括若干通道系统，例如通道系统292。在一些实施方式中，通道系统在XZ-平面中彼此紧邻定位。例如，一个通道系统的第二入口303可以与六个其他通道系统的六个其他第二入口相邻。在这种情况下，第二入口303可以具有六边形形状。

通道系统292被整体材料295包围，整体材料295包括第一表面293和第二表面294。第二表面294是平面的并且平行于XZ-平面。第一表面293与进口区段(诸如进口区段297)相关联的部分描述了圆锥的表面，其中圆锥的纵轴与均匀通道298的中心轴重合，并且其中圆锥表面的外部法线具有径向向外的分量，其中，外部方向从整体材料295导出并进入第一容器290。第一表面293的其余部分是平面的，并且平行于XZ-平面。整体材料295可以由任何合适的材料制成，例如金属、复合材料或陶瓷。

在该实施方式中，当沿Y-方向观察时，通道系统292的横截面几何形状是恒定的并且是圆形的。在其他实施方式中，通道可具有任何横截面，例如正方形、矩形或多边形横截面。在其他实施方式中，通道系统292的横截面几何形状不必在整个通道系统中都是恒定的。例如，通道系统292的横截面几何形状可以作为沿着Y轴的位置的线性函数从第二入口303处的六边形形状变为内部通道开口301处的圆形横截面。在图3中，进口区段297的外部表面的横截面几何形状当沿Y-方向观察时为圆形，因为进口区段297的外部表面描述了圆锥形，即锥形圆柱(tapered cylinder)的外部表面，其中沿Y-方向观察的圆柱的圆形横截面面积的半径沿正Y-方向以线性方式减小。如前所述，进口区段297的外部表面是指整体材料295和第一容器290之间的界面。在其他实施方式中，进口区段297的外部表面的横截面几何形状当沿Y方向观察时不必是圆形的。比如，进口区段297的外部表面的横截面几何形状可以作为沿Y轴的位置的线性函数从底部的六边形变为第一通道开口300处的圆形横截面。

在均匀区段298中，通道横截面面积的尺寸沿Y-方向是恒定的。

为了简单起见，第二梯度区段299与第二梯度区段249相同。在图1的上下文中讨论的第二梯度区段249的实施方式和配置也适用于第二梯度区段299。

在图3所示的实施方式中，均匀区段298的横截面面积的尺寸与内部通道开口250和第一通道开口300的横截面面积的尺寸相同。

在一些实施方式中，沿Y方向的进口区段297的范围至少与沿Y方向的沿理论上无限长的进口区段297的第一通用捕获面积304的范围一样大。在其他实施方式中，不必是这种情况。

在线308的上下文中，平行于X轴的轴线311表示平均OI分数，而平行于Y轴的轴线312表示沿着Y-方向测量所述平均OI分数的位置。沿着圆柱形均匀区段298的中心轴测量平均OI分数。虚线309示出了第一容器290中的平均OI分数的值以供参考。

在线310的上下文中，轴线311表示平均整体分数，而轴线312表示沿Y-方向测量所述平均整体分数的位置。如前所述，沿Y方向在指定位置处未被第一容器290、第二容器291、均匀区段298或第二梯度区段299占据的空间的平均部分表示为“平均整体分数”。

第一容器290中的第一通道开口300的第一通用捕获面积的边界表面的第三区段由虚线304示意性地表示。对于静态边界条件，第二梯度区段299中的内部通道开口301的第二通用捕获面积的边界表面的第三区段由虚线305示意性地表示。由于通道开口是轴对称的，因此通用捕获面积的边界表面关于平行于Y-轴的轴线是轴对称的。假设情况的第二梯度区段299中的内部通道开口301的假设通用捕获面积的边界表面的第三区段由虚线306示意性地表示。在该假设情况下，第二容器291中介质的性质被认为与第一容器290中介质的性质相同。

在图3所示的实施方式中，第一通用捕获面积304的孔径大于图1中第一通用捕获面积254的孔径。在图3中，在进口区段297附近的第一容器290可以被认为等效于第一梯度区段，例如第一梯度区段247——对于第一梯度区段的内部表面是与进口区段297相关联的第一表面293的部分的场景。与图1所示的装置相比，第一通用捕获面积304的较大孔径可以导致装置的改进的前述效能。与图1所示的装置相比，对于图3所示的装置，第二容器291中的OI的密度与第一容器290中的OI的密度的更大比率表明了这一点。注意，对于静态边界条件，图3中所示的装置的效能可以基本上与图2中所示的装置的效能相同。对于动态边界条件，图3中所示的装置的效能可以大于图2中所示的装置的效能。

图4是本发明的另一个实施方式的横截面视图。图4中所示的装置的一些特征以及该装置的一些操作原理与其他附图中所示的装置具有相似之处，因此在图4的上下文中将不再同样详细地描述，反之亦然。

存在第一容器315和第二容器316，其中介质包括OI，其由单独颗粒示意性表示，诸如OI 332的示意性表示。

在该示例中，本发明通过通道系统317体现，该通道系统317包括进口区段322、均匀区段323和第二梯度区段324。OI能够通过第一通道开口325从第一容器315扩散到均匀区段323中，以及通过内部通道开口326从均匀区段323扩散到第二梯度区段324中，以及通过第二入口328从第二梯度区段324扩散到第二容器316中。OI还能够通过通道系统317从第二容器316扩散到第一容器315中。其他实施方式不需要包括均匀区段323。

本发明的实施方式可以包括若干通道系统，例如通道系统317。在一些实施方式中，通道系统在XZ-平面中彼此紧邻定位。例如，一个通道系统的第二入口328可以与六个其他通道系统的六个其他第二入口相邻。在这种情况下，第二入口328可以具有六边形形状。

通道系统317被整体材料320包围，整体材料320包括第一表面318和第二表面319。第二表面319是平面的并且平行于XZ-平面。第一表面318的与进口区段(诸如进口区段322)相关联的部分描述了圆柱的表面，其中圆柱的纵轴与均匀通道323的中心轴重合，并且其中圆柱表面的外部法线具有径向向外的分量，其中，外部方向从整体材料320导出并进入第一容器315。第一表面318的其余部分是平面的，并且平行于XZ-平面。整体材料320可以由任何合适的材料制成，例如金属、复合材料或陶瓷。

在该实施方式中，当沿Y-方向观察时，通道系统317的横截面几何形状是恒定的并且是圆形的。在其他实施方式中，通道可具有任何横截面，例如正方形、矩形或多边形横截面。在其他实施方式中，通道系统317的横截面几何形状不必在整个通道系统中都是恒定的。例如，通道系统317的横截面几何形状可以作为沿着Y轴的位置的线性函数从第二入口328处的六边形形状变为内部通道开口326处的圆形横截面。在图4中，进口区段322的外部表面的横截面几何形状当沿Y-方向观察时为圆形，因为进口区段322的外部表面描述了圆柱形。在其他实施方式中，进口区段322的外部表面的横截面几何形状当沿Y方向观察时不必是圆形的。比如，进口区段322的外部表面的横截面几何形状可以为正方形、矩形或多边形。

在均匀区段323中，通道横截面面积的尺寸沿Y-方向是恒定的。

为了简单起见，第二梯度区段324与第二梯度区段249相同。在图1的上下文中讨论的第二梯度区段249的实施方式和配置也适用于第二梯度区段324。

在图4所示的实施方式中，均匀区段323的横截面面积的尺寸与内部通道开口250和第一通道开口325的横截面面积的尺寸相同。

在一些实施方式中，沿Y方向的进口区段322的范围至少与沿Y方向的沿理论上无限长的进口区段322的第一通用捕获面积329的范围一样大。在其他实施方式中，不必是这种情况。

在线333的上下文中，平行于X轴的轴线336表示平均OI分数，而平行于Y轴的轴线337表示沿着Y-方向测量所述平均OI分数的位置。沿着圆柱形均匀区段323的中心轴测量平均OI分数。虚线334示出了第一容器315中的平均OI分数的值以供参考。

在线335的上下文中，轴线336表示平均整体分数，而轴线337表示沿Y-方向测量所述平均整体分数的位置。如前所述，沿Y方向在指定位置处未被第一容器315、第二容器316、均匀区段323或第二梯度区段324占据的空间的平均部分表示为“平均整体分数”。

第一容器315中的第一通道开口325的第一通用捕获面积的边界表面的第三区段由虚线329示意性地表示。对于静态边界条件，第二梯度区段324中的内部通道开口326的第二通用捕获面积的边界表面的第三区段由虚线330示意性地表示。由于通道开口是轴对称的，因此通用捕获面积的边界表面关于平行于Y-轴的轴线是轴对称的。假设情况的第二梯度区段324中的内部通道开口326的假设通用捕获面积的边界表面的第三区段由虚线331示意性地表示。在该假设情况下，第二容器316中介质的性质被认为与第一容器315中介质的性质相同。

在图4所示的实施方式中，第一通用捕获面积329的孔径大于图1中第一通用捕获面积254的孔径。在图4中，在进口区段322附近的第一容器315可以被认为等效于第一梯度区段，例如第一梯度区段247——对于第一梯度区段的内部表面是与进口区段322相关联的第一表面318的部分的场景。与图1所示的装置相比，第一通用捕获面积329的较大孔径可以导致装置的改进的前述效能。与图1所示的装置相比，对于图4所示的装置，第二容器316中的OI的密度与第一容器315中的OI的密度的更大比率表明了这一点。

注意，对于静态边界条件，图4中所示的装置的效能可以基本上与图2和图3中所示的装置的效能相同。对于动态边界条件，图4中所示的装置的效能可以大于图2中所示的装置的效能。

图5是本发明的另一个实施方式的横截面视图。图5中所示的装置的一些特征以及该装置的一些操作原理与其他附图中所示的装置具有相似之处，因此在图5的上下文中将不再同样详细地描述，反之亦然。

存在第一容器505和第二容器506，其中介质包括OI，其由单独颗粒示意性表示，诸如OI 522的示意性表示。

在该示例中，本发明通过通道系统507体现，该通道系统507包括第一区段513和第二区段514。OI能够通过第一开口515从第一容器505扩散到第一区段513中，以及通过内部通道开口516从第一区段513扩散到第二区段514中，以及通过第二入口518从第二区段514扩散到第二容器506中。OI还能够通过通道系统507从第二容器506扩散到第一容器514中。在第一区段513和第二区段514中，通道横截面面积的尺寸沿Y方向是恒定的。

本发明的实施方式可以包括若干通道系统，例如通道系统507。在一些实施方式中，通道系统在XZ-平面中彼此紧邻定位。例如，一个通道系统的第二入口518可以与六个其他通道系统的六个其他第二入口相邻。在这种情况下，第二入口518可以具有六边形形状。

通道系统507被整体材料510包围，整体材料510包括第一表面508和第二表面509，两者都是平面的，并且平行于XZ-平面。整体材料510可以由任何合适的材料制成，例如金属、复合材料或陶瓷。

在该实施方式中，当沿Y-方向观察时，通道系统507的横截面几何形状是恒定的并且是圆形的。在其他实施方式中，通道可具有任何横截面，例如正方形、矩形或多边形横截面。在其他实施方式中，通道系统507的横截面几何形状不必在整个通道系统中都是恒定的。例如，通道系统507的横截面几何形状可以作为沿着Y轴的位置的线性函数从第二入口518处的六边形形状变为内部通道开口516处的圆形横截面。

在线523的上下文中，平行于X轴的轴线526表示平均OI分数，而平行于Y轴的轴线527表示沿着Y-方向测量所述平均OI分数的位置。沿着圆柱形第一区段513的中心轴测量平均OI分数。虚线524示出了第一容器505中的平均OI分数的值以供参考。

在线525的上下文中，轴线526表示平均整体分数，而轴线527表示沿Y-方向测量所述平均整体分数的位置。如前所述，沿Y方向在指定位置处未被第一容器505、第二容器506、第一区段513或第二区段514占据的空间的平均部分表示为“平均整体分数”。

第一容器505中的第一通道开口515的第一影响(influence)区域的边界表面的第三区段由虚线519示意性地表示。对于静态边界条件，第二区段514中的内部通道开口516的第二影响区域的边界表面的第三区段由虚线520示意性地表示。由于通道开口是轴对称的，因此影响区域的边界表面关于平行于Y-轴的轴线是轴对称的。假设情况的第二区段514中的内部通道开口516的假设的影响区域的边界表面的第三区段由虚线521示意性地表示。如所提到，在该假设情况下，第二容器506中介质的性质被认为与第一容器505中介质的性质相同。

注意，第二区段514的特征宽度小于第二影响区域520的边界表面的第三区段的直径。

图6是本发明的另一个实施方式的横截面视图。图6中所示的装置的一些特征以及该装置的一些操作原理与其他附图中所示的装置具有相似之处，因此在图6的上下文中将不再同样详细地描述，反之亦然。

存在第一容器150和第二容器151，其中介质包括OI，其由单独颗粒示意性表示，诸如OI 175的示意性表示。

在该示例中，本发明通过第一过滤装置153、第二过滤装置160体现。本发明的其他实施方式可以仅包括图6中所示的相同或相似配置的第二过滤装置。

第一过滤装置153具有第一表面154和第二表面155，两者都是平面的，并且与XZ-平面平行。在该实施方式中，若干相同的通道，诸如通道157，允许OI从第一容器150穿过整体材料156至内部区域152，反之亦然。

整体材料156可以由任意材料制成，诸如金属、复合材料或陶瓷。在一些实施方式中，整体材料156也可以描述为织物。在一些实施方式中，整体材料156可以包括石墨烯。

每个通道具有第一开口例如第一开口158，和第二开口例如第二开口159。通道157的横截面是恒定的，并且当沿正Y-方向观察时是圆形的。在其他实施方式中，通道可具有任何横截面，例如正方形、矩形或多边形横截面。通常，通道157的配置的基本原理类似于内部通道开口250的配置的基本原理。在一些实施方式中，通道宽度在时间上是恒定的。在其他实施方式中，不必是这种情况。例如，可以调节通道的宽度以控制OI通过第一过滤装置153的扩散速率。通道的宽度可以在任何时间点取任何合适的值，其中适合性取决于具体的应用，并且可以使用本领域已知的方法确定。

第二过滤装置160包括若干层，例如第一层161和第二层168。每个层包括平行于Z-轴排布的若干圆柱形管，例如圆柱形管163、圆柱形管165、圆柱形管170或圆柱形管172。这些管在X方向上均匀地间隔开，并且由平行于X轴排布的圆柱形管例如圆柱形管167或圆柱形管174支撑。这些管在Z方向上均匀地间隔开，并且刚性地连接到平行于Z轴的管。在其他实施方式中，垂直管不必刚性地连接，而是可以像织物中的纤维一样重叠。在这种实施方式中，对于给定的层，平行于XZ-平面中的X轴的管之间的间隔等于平行于Z轴的管的间隔。因此，沿Y轴查看时，在平行于X轴的管和平行于Z轴的管之间的间隙或通道的横截面积(例如在管163、165、167和该页的平面上方的第四管之间的通道166)的形状为正方形。在其他实施方式中，通道可以具有任何横截面几何形状，例如圆形、矩形或多边形。因此，可以用表示为“通道宽度”的单个参数来描述指定层的管之间的间隔，该参数等于平行于Z轴的相同层的管的质心之间的分隔的距离。在这种实施方式中，对于所有层，在Y方向上的层之间的分隔的距离是均匀的。在其他实施方式中，不必是这种情况。例如，纵向分隔可以与负Y方向上的每一层的通道宽度的增加同时在负Y方向上增加。

层之间的分隔距离以及所述层的结构支撑由纵向支撑结构提供，其在图6中未示出。纵向支撑结构可包括刚性连接至每一层并平行于Y轴的管。在一些实施方式中，纵向管在平行于X轴的管和平行于Z轴的管连接的位置处连接到层。在其他实施方式中，纵向支撑结构可以非刚性地连接至各个层，而是可以像织物中的纤维一样在层之间编织。

本发明的其他实施方式可以包括第二过滤装置160的多种其他配置。注意，对于一些实施方式，第一和第二过滤装置没有区别。在这种情况下，可以认为本发明由单个过滤装置构成，其中该单个过滤设备以与图6中的第二过滤装置160相似的方式配置。

在图6中，第二过滤装置160的整体材料，例如层161的整体材料162或层168的整体材料169，与整体材料156具有相同的材料。第二过滤装置160中的每一层的整体材料也可以是相同的。在其他实施方式中，第二过滤装置160的整体材料可以不同于整体材料156。前述的圆形管，例如管163，可以由聚合物即单体分子的单链组成。在其他实施方式中，圆形管可以代表单个分子的链，使得圆形管的直径等于单个分子的直径。在其他实施方式中，圆形管可以是碳纳米管。第二过滤装置的整体材料不需要形成管，而是可以采取任何形式。例如，整体材料可包括单独颗粒或颗粒集合。例如，考虑OI是电子并且第一和第二容器是导体的情况。在这种情况下，第一过滤装置的整体材料可以是电绝缘体，例如陶瓷或玻璃，并且通道，例如通道157或通道166或通道173可以包括导电材料。在这种情况下，图6中不是整体材料的任何介质都可以配置为导电电子。通道157的宽度可以是导电材料的一个原子的宽度，或者可以是原子集合的宽度。在这种情况下，第二过滤装置的整体材料由绝缘材料的单个原子组成，该单个原子嵌入导电材料的晶格中，其形成内部区域152的间隙空间(interstitial space)。换句话说，导电材料形成自由电子(即OI)能够通过其行进或扩散的介质的部分。通常，第一或第二过滤装置的整体材料被配置成将自由电子或移动电子反射回周围的导电材料中。可以使用掺杂半导体领域中已知的方法来制造这种第二过滤设备。注意，第二过滤装置可以通过用绝缘体的原子掺杂导体，或者用导体的原子掺杂绝缘体，或者通过用合适类型的半导体掺杂绝缘体、导体或半导体以及其他几种配置来制造。掺杂工艺可以被配置为在内部区域152内产生整体材料的期望的空间密度分布。例如，整体材料所占据的空间的一部分可以在负Y方向上逐渐地(gradually)减小，并且可以在正Y方向上更陡峭地或较不平缓地(less gradually)减小。在OI是真实或虚拟光子的情况下，整体材料可以是对于指定类型的目标光子具有高反射系数的金属，而围绕整体材料的介质配置为允许OI在整个介质中扩散。

第二过滤装置160包括均匀区段和梯度区段。均匀区段的特征在于相邻层之间的均匀纵向间隔，即在平行于Y轴方向上的间隔，以及均匀区段内一层和所有层内的所有通道的均匀通道宽度。在线178的上下文中，轴线179表示由本发明的实施方式的整体材料占据的空间的平均部分，表示为“平均整体分数”，并且轴线180对应于沿着Y轴测量由线178表示的量的位置。前述整体材料可以是任何整体材料，例如第一过滤装置153的整体材料156或第二过滤装置160的整体材料。为了光滑性，在第二过滤装置160的若干层的长度上计算平均值。空间的前述平均部分可以解释为与平行于XZ-平面的平面相交的每单位面积的第一或第二过滤装置的整体材料的原子数，其中所述平面的位置对应于平行Y轴的曲线图的轴线，并且其中面积是所述平面的面积。为了简单起见，可以将所描绘的装置的范围假定为在XZ-平面中是无限的。由于在这种实施方式中，第二过滤装置160的层在Y方向上均匀地间隔开，因此线178的一部分也可以解释为代表在沿Y轴的指定位置处的XZ-平面中每单位面积的管(诸如管163)的平均数。在与第二过滤装置160的范围相对应的沿Y轴的位置范围内的线178的均匀区段中，第二过滤装置160的均匀区段的范围是明显的。该均匀区段位于标记162的附近。在均匀区段中，整体材料所占据的空间的平均部分沿X-、Y-和Z-方向是恒定。在均匀区段中，平均整体分数沿Y方向是恒定的。通常，通道157或均匀区段中的通道(例如通道166)的配置的基本原理与内部通道开口250的配置的基本原理相似。

在图6所示的实施方式的均匀区段中，整体材料的相邻管之间的分隔的距离基本上等于内部区域152中OI的平均自由程，其中分隔的距离可以指在X-方向或Z-方向上的分隔，即通道宽度，或在Y-方向上的管的分隔，即纵向间隔。平均自由程表示与其他OI的碰撞或与第一过滤装置153的整体材料156或第二过滤装置160的整体材料的碰撞之间OI行进的平均距离。当整体装置的元件(诸如管163和管165)之间的分隔的距离基本上等于OI的平均自由程时，大部分的OI的碰撞是与整体材料，而不是与其他OI。在其他实施方式中，仅有一部分的OI碰撞可在OI和均匀区段的第一或第二过滤装置之间。注意，对于静态边界条件，内部区域152内部的OI的平均自由程小于理论上无限大的第一容器150内部的OI的平均自由程。注意，对于其他实施方式，均匀区段可以沿Y-方向无限小，即，其他实施方式可以包括至少一个梯度区段。

第一过滤装置153所占据的整个空间由包含整体材料156的任何体积，以及与诸如通道157之类的圆柱形通道相关联的圆柱形体积的总和构成。第一过滤装置153所占据的整个空间可以被认为是平行于XZ-平面并且与第一表面154重合的平面与平行于XZ-平面并且与第二表面155重合的平面之间的体积。整体材料156所占据的空间部分为整体材料156的体积与第一过滤装置153所占据的整个空间的体积的比。在该实施方式中，整体材料156所占据的空间部分大于第二过滤装置160的均匀区段的整体材料所占的空间部分。前述空间部分的值的这种差由第二过滤装置160和第一过滤装置153的均匀区段之间的界面处的线178中的不连续来体现。在本发明的其他实施方式中，这两个部分的值相同，并且不会发生这种不连续性。在一些实施方式中，第一过滤装置153可以被认为是第二过滤装置160的均匀区段的部分。

梯度区段是第二过滤装置160的区段，其不能描述为图6所示的第二过滤装置160的均匀区段。在该实施方式中，梯度区段的特征在于给定层(例如层168)的通道宽度逐渐地增加。例如，通道173的宽度大于通道166的宽度。结果，第二过滤装置160的整体材料所占据的空间部分在第二过滤装置160的梯度区段中以负Y-方向减小。该减小由线178示出。通道宽度的逐渐地增加是指在非零的距离上发生增加，即，增加不是沿Y轴的位置的阶跃函数。在所示的实施方式中，通道宽度的增加在沿Y轴的距离上发生，该距离等于内部区域152中OI的若干平均自由程。在这种情况下，平均整体分数的减小是沿负Y-方向的位置的线性函数。在其他实施方式中，平均整体分数可以在负Y方向上以增加的比率减小。在其他实施方式中，平均整体分数可以在负Y方向上以减小的比率减小。

根据本发明的一些实施方式，在Y-方向的层之间的纵向间隔使得任何层的通道(例如层161的通道166)的影响区域与相邻层的至少最接近通道的影响区域重叠。均匀区段和梯度区段都是这种情况。指定的第一影响区域与指定的第二影响区域重叠的分数被称为“重叠分数”。对于内部区域152，第一层的通道的影响区域和相邻的第二层的最接近的通道的重叠分数不为零。注意，第二过滤装置160内的相邻层的通道的影响区域的重叠在Y-方向上发生。通常，重叠可以在任何方向上发生。

图6所示的实施方式的操作原理可以用几种方式来描述。可以认为图6所示的实施方式与图2所示的实施方式相似。在负Y方向上，在整个内部区域152的梯度区段中，通道(例如通道173)的宽度的逐渐增加，或整体材料(例如整体材料169)所占的平均空间部分的逐渐减小类似于在负Y方向上第二梯度区段274中通道的逐渐增加的横截面面积。在第二过滤装置160的均匀区段中的通道(例如通道166)可以在概念上与相邻层的相邻通道组合，并因此当沿Y方向观察时可以被认为形成了具有近似恒定的横截面面积的漏斗，类似于图2中的均匀区段273。在第二过滤装置160的梯度区段中的通道(例如通道173)可以在概念上与相邻层的相邻通道组合，并因此可以认为形成了在负Y方向上横截面面积逐渐增大的漏斗，类似于图2中的梯度区段274。因此，图6中所示的实施方式的操作原理与在通道的内壁为漫反射的情况下在图1-5的上下文中所讨论的那些相似。

在线176的上下文中，平行于X轴的轴线179表示由OI占据的自由空间的平均分数(也称为“平均OI分数”)，而平行于Y轴的轴线180表示沿Y方向测量所述平均OI分数的位置。在此上下文中，“自由空间”是指未被任何整体材料(例如整体材料156、162或169)占据的空间。请注意，该空间在字面意义上不必是自由的，就如同其中介质还包含其他物体的情况，例如导体中包含的原子核和束缚电子。虚线177示出了第一容器150中的平均OI分数的值以供参考。在其他实施方式中，第二过滤装置160的整个梯度区段的平均OI分数的变化不必是沿Y方向的位置的线性函数。平均OI分数可以沿负Y方向以增加的比率或以减少的比率变化。

在若干实施方式中，各个OI之间的相互作用和OI与实施方式的整体材料之间的相互作用具有共同的特征。在图6所示的实施方式中，各个OI之间的相互作用和OI与整体材料之间的相互作用可以表征为在可忽略的短时间段内发生的完全弹性碰撞。

在这种情况下，沿Y轴的梯度区段的范围是第二容器151中的OI的平均自由程的量级或在其几个数量级之内。在OI为虚拟粒子(例如虚拟光子)情况下，平均自由程由康普顿波长来描述，因为存在虚拟光子的时间段很短，该波长非常小。虚拟光子或其他虚拟粒子的存在的持续时间可以视为颗粒的平均自由时间，即颗粒与另一颗粒碰撞之间的平均时间。虚拟粒子的湮没可以认为是散射事件。本发明的实施方式的尺寸和几何形状可以适合于介质和OI的特定性质。

在静态边界条件下，OI从第一容器150到内部区域152的扩散速率等于OI从内部区域152到第一容器150的扩散速率。OI从第二容器151到内部区域152的扩散速率等于OI从内部区域152到第二容器151的扩散速率。OI从第一容器150到第二过滤装置160的均匀区段的扩散速率等于OI从该均匀区段到第一容器150的扩散速率。OI从第二过滤装置160的梯度区段到第二过滤装置160的均匀区段的扩散速率等于OI从该均匀区段到该梯度区段的扩散速率。

内部区域152可以被认为包括OI以及概念上过滤的物体或“CFO”，其在概念上类似于图7所示的内部区域202中的FO，其中CFO由第二过滤装置160的整体材料组成。

在一些实施方式中，通道(例如通道166)的宽度为OI的碰撞直径的量级。在一些实施方式中，通道的宽度比OI的碰撞直径大若干数量级。

在附图中所示的简化实施方式的上下文中，可以定义当OI穿过第一边界表面或第二边界表面，与其相交或接触时开始OI与所描绘的装置或实施方式之间的相互作用。在一些实施方式中，第一边界表面可以是包含第一表面例如第一表面204或243的平面，和第二边界表面可以是包含第二表面例如第二表面244的平面，其中平面与XZ-平面平行，其中平面涵盖(bracket)本发明的实施方式。在这些和其他实施方式中，可以可选地将第一边界表面定义为第一容器中的第一影响区域的孔径，并且将第二边界表面定义为第二容器中的第二影响区域的孔径，其中表面通常可以具有三维形状。当OI不再与上述第一或第二边界表面相交或接触时，可以将相互作用定义为结束。在这种情况下，所述“接触”可以被定义为在介质的物体与装置的物体(例如整体材料270的物体)之间存在不可忽略的力。

可以将“目标输入性质”和“目标输出性质”分别定义为指定类型的物体就在以不可忽略的方式与本发明的实施方式进行相互作用之前和之后的目标性质。目标性质可以是物体在第一容器(例如第一容器240)或第二容器(例如第二容器241)中的位置。目标物体与本发明的装置的相互作用可以根据目标输入和输出性质之间的差异进行描述。例如，一种类型的相互作用可以被描述为从一个容器到另一个容器的传递(透射)，而另一种类型的相互作用可以被描述为反射回到相互作用开始之前物体所在的容器中。在传递或反射的上下文中，相互作用的类型由目标输出性质和目标输入性质之间的差异的大小来描述。根据本发明的一些实施方式，相互作用的类型是物体的“定义性质”的函数。目标物体的定义性质集可以包括将目标物体与周围介质的其他物体区分开的性质。在附图所示的实施方式中，物体的定义性质集还包括目标输入性质，即，就在以不可忽略的方式与本发明的实施方式相互作用之前，物体在第一容器或第二容器中的位置。在整个相互作用过程中，根据本发明的一些实施方式配置和操作的装置将基于物体的定义性质的值来区分物体或过滤物体。换句话说，具有至少一个指定定义性质的指定类别的物体与本发明的实施方式之间的预期相互作用类型不等于相同指定类别但是不同指定定义性质的物体的预期相互作用类型。期望值是在提供足够精确结果的足够长的持续时间内与本发明的实施方式相互作用的至少一个指定类别的物体内包含的所有物体计算的统计预期。默认，一类别的物体包括与指定装置相互作用的所有物体。

例如，考虑了动态边界条件，其中第二OI就在与本发明的实施方式相互作用之前位于第二容器中。第二OI的目标输入性质以及定义性质事实是OI初始位于第二容器中。考虑了就在与本发明的实施方式相互作用之前位于第一容器中的第一OI。第一容器和第二容器被本发明的实施方式分开。第一OI的目标输入性质以及定义性质事实是OI初始位于第一容器中。目标输出性质是OI已经与本发明的实施方式相互作用后的位置。OI与本发明的实施方式的相互作用可以是两种类型之一：传递或反射。当目标输出性质与目标输入性质不同时，OI认为已经被传递。当目标输出性质与目标输入性质相等时，OI被认为已经被反射。本发明的实施方式以其中相互作用类型的预期值是OI的定义性质(即，OI的初始位置)的函数的方式配置。根据本发明的一些实施方式，对于动态边界条件，被传递的第二OI的概率小于被传递的第一OI的概率。因此，本发明的实施方式可以被认为基于OI的定义性质过滤OI。

图7是本发明的另一个实施方式的横截面视图。图7中所示的装置的一些特征以及该装置的一些操作原理与其他附图中所示的装置具有相似之处，因此在图7的上下文中将不再同样详细地描述，反之亦然。

存在第一容器200和第二容器201，其中介质包括OI，其由单独颗粒示意性表示，诸如OI 226的示意性表示。

在该示例中，本发明通过第一过滤装置203、第二过滤装置211、和包括过滤的物体或“FO”(例如过滤的物体227)的内部区域202体现。内部区域202也包括OI。

FO不能够穿过第一过滤装置203。整体材料206对FO和OI全反射。在其他实施方式，整体材料206可以传递或吸附与整体材料206接触的一定分数的OI或FO。在该实施方式中，FO还携带净电荷。若干电荷收集器(collection)，例如电荷收集器210，被嵌入整体材料206中，其中电荷收集器携带与FO相同的电荷，导致FO被电荷收集器排斥。电荷收集器的几何形状、位置和强度配置为阻止FO成功从内部区域202穿过通道(例如通道207)进入第一容器200。

在其中OI是分子的情况中，FO可以是OI分子的正离子化形式或负离子化形式，其中电荷的大小可以取任意实际值。FO还可以是不同于OI分子的分子。FO还可以是分子的收集器，诸如灰尘颗粒。在其中OI携带电荷的情况中，FO可以配置为平均携带比OI多或少的电荷。第一过滤装置203和与其相关联的任意电荷收集器在该情况中可以配置为基于OI和FO之间的电荷的平均差异从FO过滤OI。例如，OI可以平均携带等于一个电子电荷的净负电荷，和FO可以配置为平均携带等于两个或三个电子电荷的净电荷。与第一过滤装置203相关联的电荷收集器然后可以带负电荷，并且其几何形状、尺寸和电荷量可以配置为确保对于静态边界条件，在内部区域202中的与第一过滤装置203相互作用的FO从内部区域202扩散进入第一容器200的概率低于内部区域202中的与第一过滤装置203相互作用的OI从内部区域203扩散进入第一容器200的概率。对于与第一过滤装置203相关联的给定的电荷的收集器，具有相同符号(sign)的更大净电荷的FO将经历比具有相同符号的更小净电荷的OI更大的排斥力。与OI的被排斥的部分相比，更大的排斥力可以用于排斥或过滤更大部分的FO，其实现旨在的过滤效果。一般地，第一过滤装置203配置为相比于对OI的传导性对FO的传导性更小。入射在第一过滤装置203上的FO的传递系数(透射系数)低于入射在第一过滤装置203上的OI的传递系数。

在其他实施方式，可以使用FO的其他特征或性质，从而阻止其穿过过滤装置。例如，FO可以比OI更容易被极化，即其极化性系数可以更大。在该情况中，电荷收集器可以配置为比OI更强地偏转进入通道的FO，其中部分的OI和更大部分的FO可以随后被反射返回内部区域202。此类方法在本领域是已知的。

注意，适用于电偶极子的原理也可以用于涉及永久或临时磁偶极子的场景，反之亦然。

第一过滤装置203具有第一表面204和第二表面205，两者都是平面的，并且平行于XZ-平面。在这种实施方式中，若干相同的通道，例如通道207，允许OI从第一容器200穿过整体材料206到内部区域202，反之亦然。

整体材料206可以由任何材料制成，例如金属、复合材料或陶瓷。在一些实施方式中，整体材料206也可以描述为织物。在一些实施方式中，整体材料206可以包括石墨烯。

每个通道具有第一开口例如第一开口208，和第二开口例如第二开口209。通道207的横截面是恒定的，并且当沿正Y方向观察时是圆形的。在其他实施方式中，通道可具有任何横截面，例如正方形、矩形或多边形横截面。

通道(例如通道207)的宽度略大于图7中OI的碰撞直径。在其他实施方式中，通道宽度可以小于OI的碰撞直径的两倍。在其他实施方式中，通道宽度可以小于OI的碰撞直径的十倍。通常，通道207的配置的基本原理类似于内部通道开口250的配置的基本原理。在一些实施方式中，通道宽度在时间上是恒定的。在其他实施方式中，不必是这种情况。例如，可以调节通道的宽度以控制OI通过第一过滤装置203的扩散速率。通道的宽度可以在任何时间点取任何合适的值，其中适合性取决于具体的应用，并且可以使用本领域已知的方法确定。

电荷的收集器是指整体材料206内的带电材料中的绝缘排布。图7中所示的每个电荷的收集器都是具有矩形横截面的环形形状，如图所示，其中环状或环形形状被配置为封闭或包围该电荷的收集器相关联的通道。在通道相对靠近一起的情况下，例如图7所示的实施方式，包含通道周围的电荷的收集器的上述环可以重叠，使得当沿Y方向观察时包含电荷的收集器的装置形成六边形截面。为了确保电荷在电荷收集器内的均匀分布，电荷收集器的部分可以彼此电绝缘。例如，电荷的收集器可能不形成均匀的环，而是一系列分开的点电荷或位于通道附近的一系列较小的不同的电荷的收集器。

电荷的收集器可以包括绝缘导体，例如已经施加了电势的金属，使得与标称的中性配置相比，电荷的收集器中包含的电子数目已经增加或减少。在其他实施方式中，电荷的收集器可以包括嵌入整体材料206内的至少一种带电粒子。例如，整体材料206可以是半导体，并且可以通过用外层中不同数量电子的原子或分子掺杂半导体并随后离子化所述原子或分子在半导体内嵌入带电粒子。此类方法在本领域内是熟知的。

在其中整体材料206是导体(例如金属)的情况中，电荷的收集器通过绝缘体与导电材料绝缘。可以通过合适的选择电绝缘材料(例如玻璃)促进电绝缘。注意，在该情况中，通道中电场的分布还是导电整体材料对电荷的收集器的存在的电响应的函数。

在该实施方式中，与电荷的收集器相关联的场在时间上是恒定的。在其他实施方式中，场可以随时间而改变。这可以通过改变收集和含有电荷的装置的电势来实现。电荷的收集器的电场的调节可以被用于控制第一过滤装置203的过滤性质。为了该目的，电荷收集器可以电连接至电压调节装置。

第二过滤装置211可以包括若干级或层，诸如第一层212和第二层219。在其他实施方式中，第二过滤装置211可以包括多于两个这样的层。在其他实施方式中，第二过滤装置211可以仅包括一个层。每个层包括平行于Z-轴排布的若干圆柱形管，诸如圆柱形管213、圆柱形管218、圆柱形管220或圆柱形管225。这些管在X方向上均匀地间隔开。未显示这些管的支撑装置，但是其配置为刚性地将管彼此连接，并且刚性地连接管至与本发明的实施方式相关联的其余装置，或刚性地连接管至外部装置。

在图7中，第二过滤装置211的整体材料，例如层212的整体材料214或层219的整体材料211，与整体材料206具有相同的材料。在其他实施方式，第二过滤装置211的整体材料可以与整体材料206不同。第二过滤装置211中每层的整体材料也可以不是相同的。类似于整体材料206，第二过滤装置211的整体材料可以由任何材料制成，诸如金属、复合材料或陶瓷。

层212中的每个圆柱形管包含电荷的收集器，诸如圆柱形管213的电荷的收集器215，或圆柱形管220的电荷的收集器222。每个电荷的收集器嵌入在整体材料中，例如整体材料214或整体材料221。如前所述，每个电荷的收集器是指整体材料内带电材料的绝缘排布。

第二过滤装置211内的电荷收集器的嵌入的基本原理也适用于第一过滤装置203的电荷收集器，反之亦然。

在图7中所示的实施方式，层(诸如层212)的每单位面积的平均电荷密度在负Y方向上逐渐地增加。因此，在内部区域202中电场强度在第二过滤装置211的附近在负Y方向上或在正Y方向上逐渐地增加。这产生在负Y方向上朝向第二过滤装置211移动的单独FO的电势的逐渐增加。在线234的上下文中，平行于X轴的轴线236表示XZ-平面中电势的平均大小，和平行于Y轴的轴线237表示沿Y方向测量电势的平均大小的位置。在内部区域202内的FO的最大能量决定在第一和第二过滤装置产生的势阱内FO能够达到的最大电势。该最大能量由虚线235指示。对于静态边界条件，对于一些实施方式，最大能量可以是内部区域202中介质的温度等其他参数的函数。在该实施方式中，FO的最大能量小于在正或负Y方向上FO逸出势阱所需的峰值电势。因此，所有FO被第一和第二过滤装置约束在内部区域202内。在其他实施方式中，不需要该情况，即，部分FO可以能够扩散进入或离开势阱。在图7中，FO能够在负Y方向上扩散的最远处为沿负Y方向内部区域202内的电势首次达到FO的最大能量的位置，如通过正Y方向上线235和线234的第一次相交所指示的。类似地，FO能够在正Y方向上扩散的最远处为沿正Y方向内部区域202内的电势首次达到FO的最大能量的位置，如通过正Y方向上线235和线234的第二次相交所指示的。

为了简化，在该实施方式中，第二过滤装置211的每一层以类似的方式构建，即，由于每个圆柱形管和其内包含的带电材料和整体材料对于每层以及在每层内具有相同的几何形状和相同的尺寸。在其他实施方式中，对于所有与层，每层的构造可以不是均匀的。为了产生前述的电势的逐渐增加，在第二层中的每个电荷收集器(诸如电荷收集器222)包含比第一层中的电荷收集器(诸如电荷收集器215)更多的电荷。

第二层219实现的目的之一是防止FO逸出内部区域202进入第二容器201。这也是第一装置203关于第一容器200实现的目的之一。在其他实施方式中，一些FO可以被允许从第二容器201或第一容器200扩散进入和离开内部区域202。

在第二过滤装置211的每个圆柱形管之间，存在通道，诸如圆柱形管218和圆柱形管213之间的通道217，或圆柱形管220和圆柱形管225之间通道224。还可以认为通道217的一半和通道224的一半形成单个通道。

第二过滤装置211的通道宽度配置为至少允许OI和FO在通道内穿过彼此。在一些实施方式中，第二过滤装置的通道宽度尽可能的大，用于在面向内部区域202的通道的至少部分附近或其内在负Y方向上产生电势的期望的逐渐增加。通道的尺寸通过结构约束以及对由电荷收集器产生的电场的强度和梯度的约束条件进行约束。比如，电荷收集器周围的绝缘材料或整体材料的绝缘性质可以使强电场退化。如果OI是分子，那么电场中过强的梯度可以离子化OI。在其中由于电荷收集器产生的电势导致FO不进入通道的第二过滤装置的实施方式中，第二过滤装置的通道宽度可以任意小同时依然允许OI扩散通过第二过滤装置211。在该情况中，通道宽度可以刚好足够大以允许一次单个OI从内部区域202扩散到第二容器201。在其他这类实施方式中，通道宽度可以是大于此的任意宽度，条件是满足前述电势的空间变化的需要。在该情况中，在第二过滤装置211面向正Y方向的一侧上的OI的平均密度等于在第二过滤装置211面向负Y方向的一侧上的OI的平均密度。在图7中显示了此类场景并由线231指示。

在线233的上下文中，平行于X轴的轴线236表示内部空间202中FO占据的空间的平均分数，也称为“平均FO分数”，而平行于Y轴的轴线237表示沿Y方向测量所述平均FO分数的位置。如所示，平均FO分数在负Y方向上比其在正Y方向上更平缓地下降。

常规过滤系统的子集采用渗透，这是溶剂分子趋于通过半透膜从低溶质浓度区域扩散到高溶质浓度区域的过程。在典型的渗透过程中，半透膜可以渗透溶液中的溶剂分子而不渗透溶质分子。当膜任一侧上的溶液之间的总压力之差等于两种溶液的渗透压之差时，通过膜的净扩散为零。

在低溶质浓度下，可以将该溶液建模为理想溶液，并且渗透压与溶液体积中溶质浓度之间的关系类似于压力与气体体积中气体分子浓度之间的理想气体关系。更具体地说，溶液中溶质的渗透压类似于气体混合物中气体的分压。

根据道尔顿分压定律，体积中理想气体混合物的总压力等于该体积中每种成分气体的分压之和，其中，使用理想气体定律、气体的质量、混合物可用体积和混合物的温度，计算每种成分气体的分压。换句话说，分压等于组成气体在相同温度下在没有任何其他气体存在的情况下占据混合物的整个体积所施加的压力。

考虑以下常规渗透过程的简化的假设示例。有限体积和相等尺寸的第一和第二容器由半透膜分隔开，该半透膜被配置为允许第一气体种类从第一容器穿过该半透膜到第二容器，反之亦然。该半透膜还被配置为防止第二种气体穿过该半透膜。在该示例中，第二容器中的第二气体种类的浓度，即第二容器的每单位体积的气体分子的数量不为零，并且在第一容器中的第二气体种类的浓度为零。第一气体种类的浓度在第一和第二容器中都不为零。在第二容器中，气体混合物可以被认为是包含第一气体作为溶剂和第二气体作为溶质的溶液。

当所述系统平衡时，第一气体种类的气体分子没有通过半透膜的净扩散。换句话说，第一气体种类的气体分子通过膜从第一容器到第二容器的扩散速率在大小上等于第一气体种类的分子通过膜从第二容器到第一容器的扩散速率。这种平衡场景，即第一气体种类的分子没有通过膜的净扩散的场景，也可以描述为上述静态边界条件。在该示例中，第二容器中的气体混合物的渗透压近似等于第二容器中的第二气体种类的分压。第一容器中的气体的渗透压为零，这是因为在该示例中，第一容器中的第二气体种类的分子的浓度为零。如所提到的，当第二容器中的气体混合物与第一容器中的气体混合物之间的压力之差等于第二容器和第一容器中的气体混合物的渗透压之差时，第一气体种类通过膜的零净扩散发生。换句话说，第二和第一容器之间的总压差等于第二容器中的第二气体种类的分压。因此，在平衡中，第二容器中的第一气体种类的分压等于第一容器中的第一气体种类的分压。由于在该示例中第一容器和第二容器中的温度相同，因此第一容器和第二容器中每单位体积的第一气体种类的分子数相同。换句话说，在常规渗透过程的平衡场景下，第二容器中每单位体积的第二气体种类的分子数量对第二容器中的每单位体积的第一气体种类的分子数量没有影响。类似地，第一气体种类的分子从第一容器到第二容器的透过率等于第一气体种类的分子从第二容器到第一容器的透过率。换句话说，第一气体种类的分子从第一容器到第二容器的透过率与第二容器中每单位体积的第二气体种类的分子的数量无关。

常规渗透过程的这种行为是由于以下假设：第二容器中每单位体积的第二气体种类的分子浓度低，并且将第二容器中的溶液作为理想溶液或理想气体混合物处理。在本发明的实施方式的子集中，过滤装置被配置为有助于背离上述理想行为。例如，与过滤装置相关联的FO的浓度或等效几何形状可以被配置为足够大。如下所述，所得到的非理想行为的性质可用于产生在静态边界条件下在第二容器中相对于第一容器OI的浓度差。所述性质还可以用于产生在动态边界条件下通过过滤装置的目标物体或“OI”的净扩散。在本发明的一些实施方式中，净扩散的能量，即与所产生的OI的整体流动相关的能量由OI的热能提供。例如，OI的整体流动可用于在飞机推进单元中的推力产生。OI的整体流动还可用于将流体的热能转换成有用功，例如转换成机械功或电能。例如，根据本发明的一些实施方式配置的过滤装置可用于引起OI的整体流动，并且作用在过滤装置上的所产生的推力可以用于在发电机的驱动轴上施加扭矩，其可以配置成将与驱动轴旋转相关的机械功率转换成电能。例如，过滤装置可以代替常规风力涡轮机的涡轮叶片并执行其功能。在这种情况下，OI可以是空气分子，而流体可以是空气。

根据本发明的一些实施方式，图7中的平均FO分数或图1-10A中的平均整体分数足够大，以致FO和目标物体的混合物可不再被视为理想混合物或理想溶液，如道尔顿定律所描述的，或理想溶液所描述的。结果，可接近OI的FO之间的间隙体积可被建模为具有扩散内壁的通道，导致内部区域202内的OI浓度超过第一容器200内的OI的浓度或体积数密度，即通过常规渗透行为预测的浓度。这也适用于其中采用其他FO的场景，以及其中FO由多孔整体材料的整体材料(例如，整体材料169)表示的场景，如在图6-10A的上下文中所描述的。

可以如下解释密度的增加超过了常规渗透行为所预测的值。由于FO的大的密度或浓度，并且由于OI的有限尺寸，因此平均自由程减小到小于OI碰撞直径的大约1000倍的值。由于OI的有限碰撞直径，例如，OI与FO或另一个OI之间的碰撞将比常规散射模型预测的大约早一个碰撞直径发生。另外，由于OI的有限碰撞直径，存在表示为“碰撞体积”的体积量增加，其中需要放置相邻的OI或FO以引起在增量半径“dr”内OI与所述相邻OI或FO之间的碰撞，其中，“r”是OI的中心相对于参考点的距离，例如，诸如通道开口的增量面积。碰撞体积的增加是由于以下事实：需要放置相邻OI或FO的中心从而引起与OI的碰撞的半径大于OI的近似一个碰撞直径“r”。注意，碰撞体积的该部分与半径的平方成比例，并且可以认为是OI沿半径“r”的纵向延伸。另外，由于OI的有限尺寸，碰撞体积还包括可接近OI中心的体积之外的体积的大部分，即在OI中心的可行轨迹的区域之外。换句话说，对于距离“dr”内OI中心可用的给定增量体积，存在甚至更大的增量碰撞体积。该部分的碰撞体积可以被认为是垂直于半径“r”并且垂直于OI中心的当前轨迹的OI的横向延伸。对于通道开口的面向FO或OI浓度增加的区域或漫反射通道壁之间的减小的分隔区域的部分，碰撞体积的增加有助于OI的平均自由程的减小，以及通道开口的孔径的减小。在浓度低的FO下，该平均自由程的减小大于理想溶液或理想气体混合物中的平均自由程的减小幅度。如所讨论的，该偏离理想溶液或理想气体混合物的行为与孔径的减小和孔径减小的区域(例如内部区域202)内OI的数密度增加相关联。

孔径的减小也可以被认为是内部的“阻挡”或“遮蔽”作用，其中相邻的FO或OI或通道的扩散壁阻止OI穿过通道开口和离开大FO浓度的区域。注意，这种内部阻挡作用不会被相应的外部阻挡作用所抵消，其中，由于与FO的过度或过早碰撞，阻止了OI扩散到大FO浓度的区域中。这是部分由于在大FO浓度的区域内碰撞的扩散本质。可以认为这种阻挡作用在功能上类似于位于过滤表面面向大FO浓度的一侧的弱弹簧加载的球阀，其中该球阀允许OI进入大FO浓度的区域中，但阻拦OI通过离开所述区域。对于动态边界条件，不对称的阻挡作用导致OI对大FO浓度的区域具有较大的吸附率，从而导致OI优先扩散到大FO浓度的区域中。一旦大FO浓度的区域中的OI浓度增加足够的量，即，一旦大FO浓度的区域的压力增加至导致(account for)所述区域中的大于理想渗透压，则OI通过过滤表面的净扩散为0，并建立静态边界条件。在假设低浓度的OI和FO的理想模型中，不考虑这种阻挡作用。

此外，与较大的通道开口相比，较窄的通道开口增强了这种平均自由程的减小。这是由于OI的有限直径，它限制了OI可以扩散到较窄通道中的轨迹的初始角度或速度的范围。相对于通道开口的表面法线的最大初始角度称为“孔径角”。如图8，图9和图10A所示，可以使用这种作用来增加内部区域的一侧(诸如内部区域402面向第二容器401的一侧)相比于内部区域的另一侧(诸如内部区域402面向第一容器400的一侧)上的等效通道的孔径。内部区域中的OI优先扩散通过所述内部区域内具有较大有效孔径的通道，即进入第二容器，而不是进入第一容器。

内部区域202中的平均FO分数沿正Y方向减小的部分被称为“第一梯度区段”。内部区域202中的平均FO分数在负Y方向上减小的部分被称为“第二梯度区段”。内部区域202中的平均FO分数沿Y方向基本上均匀或恒定的部分被称为“均匀区段”。注意，对于一些实施方式，Y方向上的均匀区段的范围可以可忽略地小。根据本发明的一些实施方式，相比于第二梯度区段，第一梯度区段的平均FO分数沿Y方向的平均空间梯度的大小更大。

内部区域202内的FO的这种配置可以以多种方式产生。例如，可以在概念上或实际上产生势场，以便操纵平均FO分数作为沿Y方向的位置的函数。

在负Y方向上逐渐增加势的作用是，在第二过滤装置211附近，排斥或减速在负Y方向上扩散的FO，和加速在正Y方向上扩散的FO。换句话说，在第二过滤装置211附近的FO在正Y方向上存在净加速。这导致上述FO的逐渐空间密度梯度，其中FO的密度在第二过滤装置211附近在负Y方向上减小。

在负Y方向上较不平缓地或更陡峭地增加势的作用是，在第一过滤装置203附近，排斥或减速在正Y方向上扩散的FO，和加速在Y负方向上扩散的FO，其中与第二过滤装置附近，在负Y方向上前述逐渐增加的势进行比较。换句话说，在第一过滤装置203附近的FO在负Y方向上存在更大的净加速。这导致FO的空间密度梯度较不平缓或更陡峭，其中FO的密度在第一过滤装置203附近在正Y方向上减小。

注意，由于在该情况中，整体材料206或整体材料214对FO全反射，所以整体材料的任意表面可以被认为是在整体材料的附近能够产生FO的势的陡峭增加的装置。注意，势本质上不需要是电的。如稍后所解释，势的该拓扑学可以由每单位质量的任何类型的彻体力(body force)产生，诸如重力。FO的势的拓扑学或空间变化还可以是时间的函数。比如，在Y方向上的势的空间变化率可以随时间进行改变或调节，从而调节本发明的实施方式的效能。比如，在负Y方向上以增加的比率的势的增加可以被用于增加第二梯度区段沿Y方向的平均FO分数的平均空间梯度的大小。这可以被用于静态边界条件下减少第二容器201中OI的密度的比至第一容器200中OI的比，其他因素保持不变。

在线231的上下文中，轴线236表示被OI占据的自由空间的平均分数，也称为“平均OI分数”，和轴线237表示沿Y方向测量所述平均OI分数的位置。如前所述，“自由空间”是指未被任何整体材料(诸如整体材料206、214或221)占据的空间。虚线232显示了在第一容器200中被OI占据的自由空间的平均部分以供参考。

在均匀区段中，在该实施方式中FO的运动基本上是以直线，如以轨迹228的形式所显示，其显示了FO227所遵循的路径的轨迹的部分。在第一梯度区段中，FO在负Y方向上加速，如通过FO229的轨迹230所指示的。在第二梯度区段中，FO在正Y方向上进行加速，如通过第二梯度区段中FO的弯曲轨迹所指示的。

由于在负Y方向上平均FO分数的逐渐减少，所以在第二过滤装置211附近平均OI分数在负Y方向上逐渐增加。由于在正Y方向上平均FO分数的较不平缓或更陡峭地减少，由OI占据的自由空间的部分在该简化实施方式中基本上不改变。在其他实施方式中，平均OI分数可以在整个第一梯度区段在负Y方向上减少，其中该减少小于在整个第二梯度区段在负Y方向上的增加。

第二过滤装置211的目的之一可以被认为在第二梯度区段中的FO上产生在正Y方向上的彻体力，其中彻体力配置为抵消或平衡由于FO的浓度梯度出现的FO的扩散压力。

对于静态边界条件，对于一些实施方式，第二容器201中的OI的密度大于第一容器200中的OI的密度。对于一些实施方式，第二容器201中的OI的压力大于第一容器200中的OI的压力。对于一些实施方式，第二容器201中的OI的熵小于第一容器200中的OI的熵。对于一些实施方式，第二容器201中的OI的平均速率基本上等于第一容器200中的OI的平均速率。对于一些实施方式，第二容器201中的OI的温度基本上等于第一容器200中的OI的温度。

对于动态边界条件，OI从第一容器200到第二容器201内存在净扩散。本发明的实施方式可以因此也被认为用于涉及泵送的应用。由于OI的净扩散，存在正Y方向上作用于本发明的实施方式的净力。这样的力可以被用于做机械功。该机械功还可以利用发电机转化为电能。在OI携带电荷的情况中，本发明的实施方式可以被用于产生电功。该电功还可以利用电动机转化为机械功。因此，本发明的实施方式可以被认为用于涉及发电的应用。这类应用，以及相关的装置和方法在本领域内是众所周知的。

如上所提到，本发明的其他实施方式可以包括第二过滤装置211以及第一过滤装置203的多种其他配置和设计。

在其他实施方式中，第二过滤装置可以以不同的方式配置。例如，第二过滤装置可以以类似于第一过滤装置的方式配置，但具有以下区别。例如，第二过滤装置可以特征在于具有大量的单独和绝缘的电荷收集器，诸如第一过滤装置203中的电荷收集器210，其中每个电荷收集器在Y方向上偏移，并且其中每个电荷收集器内包含的电荷可以在负Y方向上逐渐地增加。这样的第二过滤装置的通道宽度遵循在图7的上下文中已经描述的相同原理。

本发明的一些实施方式的目的是在内部区域中产生或创建FO的密度梯度，其中对于静态边界条件，FO的密度在内部区域的第一边界的附近在负Y方向上逐渐地减少，和其中FO的密度在内部区域的第二边界的附近在正Y方向上较不平缓或更陡峭地减少，如通过223在图7中所举例说明的。内部区域被定义为在其内FO的平均密度在指定阈值以上的空间的体积。内部区域的边界是所述体积的表面。边界表面可以被分裂为至少第一边界和第二边界，其中根据边界附近的FO密度的上述梯度进行区分。注意，内部区域不需要被装置诸如第一或第二过滤装置在所有侧上封闭。内部区域可以完全根据FO的数密度进行定义。注意，FO不需要自由移动，如在图6中所示的示例中所指示的。在一些实施方式中，FO可以刚性地附接至本发明的实施方式，在该情况中，FO可以更恰当地被描述为整体材料。内部区域还可以根据其他参数进行定义，诸如FO的平均压力。

在FO和OI可以通过它们携带的平均电荷进行区分的情况下，第一过滤装置203和第二过滤装置211可以通过产生电场来实现上述目的，其中电场可以产生在负Y方向上朝向第二边界移动的单独FO的电势的逐渐增加，和其中电场可以产生在正Y方向上朝向第一边界移动的单独FO的电势的较不平缓或更陡峭的增加。部分或完全约束FO并形成内部区域的电势可以被认为形成FO的至少局部势阱。

例如，在图7中，第一边界是第一表面205和FO被电荷收集器(诸如电荷收集器210)排斥之前它们可以到达的通道的部分。该部分是FO的平均速率和质量等参数的函数，诸如FO的电荷和与第一过滤装置相关联的电荷收集器的配置，在图7中，第二边界表面是近似平行于XZ-平面的平面并位于第二过滤装置211的附近沿Y轴的FO平均密度达到零的位置，如通过线233和标记“233”的近似位置所指示的。

内部区域内电势的前述拓扑学可以以本领域内所熟知的多种不同的方式产生。通常，产生电场的装置可以表示为“电场发生设备(contraption)”或EFGC。

在图7中，EFGC可以根据第一电场发生装置或“第一EFGA”和第二EFGA进行描述。术语“第一EFGA”是指代第一过滤装置203的另一种方式，和术语“第二EFGA”是描述第二过滤装置211的另一种方式。注意，由于整体材料206或整体材料214在该情况中对FO是全反射的，所以整体材料的任何表面都可以被认为是电场发生装置，其中电场配置为排斥表面附近的FO。

在一些实施方式中，第一过滤装置可以基于FO的尺寸或形状过滤FO，而第二过滤装置可以过滤具有不同或单独的势的FO。比如，FO的形状可以是球形的，其中直径大于通道(诸如通道207)的圆形开口。因此，FO不能够穿过第一过滤装置，其又导致FO的平均密度沿Y方向的陡峭或较不平缓的变化。如所提到，FO可以带正电荷或带负电荷的。如果第二过滤装置包括与FO的电荷符号相反符号的电荷的收集器，则第二过滤装置可以位于第一过滤装置附近的内部区域202中，从而在第一过滤装置的第二表面205处产生足够密度的FO。可选地，第二过滤装置可以在正Y方向上位于第二通道开口(诸如第二通道开口209)之外。例如，第二过滤装置可以嵌入第一过滤装置中。在该情况下，第一过滤装置中的电荷的收集器(诸如电荷的收集器210)可以概念上指定为或被认为是第二过滤装置，其由于其相反电荷，将FO吸引至第一过滤装置203的第二表面205。利用第二过滤装置的电荷的收集器产生的电势的逐渐空间变化，平均FO分数在内部区域202中在负Y方向上逐渐地减少。注意，第二过滤装置的电势单独在负和正Y方向上逐渐且对称地增加。然而，由于第一过滤装置203的第二表面205的存在，该第二表面205对FO是不可穿透的，所以FO在正Y方向上经历密度的陡峭减少。在其他此类实施方式中，第二过滤装置的电荷收集器的电荷可以具有与FO的电荷相同的符号，在该情况中，第二过滤装置可以在第一过滤装置203的第二表面205的负Y方向上定位，并以类似于第一过滤装置203或第二过滤装置211等多种其他合适的配置进行配置。

在图7中，电场由第二EGFA内包含并位于FO的所需空间密度梯度的负方向上的排斥电荷产生。

在其他实施方式中，电场可以由第二EGFA内包含并位于FO的所需空间密度梯度的正方向上的吸引电荷产生。第二EFGA的若干位置将实现该目的。比如，第二EFGA可位于内部区域202中，紧密靠近第二表面205。在图7的上下文中，第二EGFA可包含负电荷收集器并位于内部区域202的均匀区段中。注意，第一过滤装置可以被认为是“第一电场发生装置”或“第一EGFA”。由于电场具有无限的范围，所以前述电场也可以被认为由单个电场发生装置产生。

在一些实施方式中，第二EFGA可以甚至位于第一过滤装置203的整体材料206内。第二EFGA可以位于相对第一过滤装置203的电荷的收集器的正或负Y方向上。在该情况中，与第一过滤装置203相关联的电荷收集器，诸如电荷收集器210，将需要足够强以及足够局部化以排斥FO并阻止进入通道(诸如通道207)或与通道相互作用的足够百分比的FO从内部区域202扩散到第一容器200内。

在一些实施方式中，单独FO可以是电子，和单独OI可以是真实或虚拟光子，和FO的期望密度梯度可以由电势的合适配置的空间变化产生，该电势的合适配置的空间变化由绝缘的正或负电荷的合适排布的收集器产生，其中合适性可以根据本文中概括的原理以及产生电势的期望空间分布的已知方法确定。如图1的上下文中所描述，本发明的装置的沿Y方向的范围在其中OI是真实和虚拟光子的情况之间可以基本上不同。

势还可以被概念地认为机械产生。例如，FO的人工密度梯度可以由若干级的压缩机产生，其中压缩机可以类似地配置为常规喷气发动机中的轴向或离心压缩机，和其中压缩机能够以比OI更大的程度压缩FO。压缩机可以被认为提供阻止FO扩散进入第二容器所需的对FO的压力。因此，压缩机平衡由于FO的浓度梯度出现的FO的扩散压力。压缩机配置为增加正Y方向上的FO的压力，并有效地朝向或抵靠第一过滤装置203推动或挤压FO。注意，在通过压缩机的任一方向上不需要FO的净流动。在使用轴向压缩机的情况中，压缩机的级可以反向旋转。这可以减少与压缩机的操作相关联的净粘性阻力。对于静态边界条件和对于一些实施方式，诸如压缩机的壁与包含OI和FO的介质一起旋转的实施方式，离心压缩机的粘性阻力可以忽略。存在FO可以以比OI更大的程度压缩的若干方式。在一些实施方式中，压缩机叶片可以配置为与FO相比对更大部分的OI是可穿透或透明的，即，与压缩机叶片相互作用的OI的传递系数可以大于FO的传递系数。可选地，FO可以平均具有比OI更大的质量。这将导致轴向或离心压缩机对单独FO比OI施加更大的力。因此，相比OI的数密度梯度，可以在整个压缩机内产生FO的更大的数密度梯度。该作用类似于沉降作用。在FO和OI可以描述为理想气体的情况中，由FO组成的气体的性质可以配置为与由OI组成的气体的性质不同。例如，相比于由OI组成的气体，由FO组成的气体可以具有不同的分子质量、恒定压力下不同的比热容、或恒定压力下的比热容与恒定体积下的比热容的不同比率。FO的性质和OI的性质的合适区别可以使用本领域内已知的方法确定。在一些实施方式中，相比于由OI组成的气体，由FO组成的气体可以具有更大的分子质量、恒定压力下更小的比热容、或恒定压力下的比热容与恒定体积下的比热容的更大比率。注意，势的前述定义也适用于使用轴向、离心或任意其他种类的压缩机的情况。在压缩机中两点之间移动测试FO所做的功可以被建模为或认为在概念上与FO的势能变化相关联。

如所提到，在其他实施方式中可以使用不同的机制创建前述拓扑学的势。比如，可以使用每单位质量的任意类型的彻体力产生势。在该情况中，两点之间的势差可以被认为是这两点之间移动颗粒所需的功，其中做功抵抗每单位质量的彻体力。每单位质量的彻体力的大小和方向的空间和时间分布可以配置为产生前述的势的拓扑学。每单位质量的彻体力可以采取任何形式，诸如重力加速度、线性或角惯性加速度。彻体力可以还由电场或磁场产生。注意，其中抵抗磁场所做的任何功是可以抵抗电场做功的方式的子集。可以使用其他类型的力产生每单位质量的彻体力，诸如强作用力(strong force)。可以在时间和空间中产生和配置此类每单位质量的彻体力分布从而产生FO在空间中的前述密度变化的多种不同方式在本领域内是已知的。

图8是本发明的另一个实施方式的横截面视图。图8中所示的装置的一些特征以及该装置的一些操作原理与其他附图中所示的装置具有相似之处，因此在图8的上下文中将不再同样详细地描述，反之亦然。

存在第一容器400和第二容器401，其中介质包括OI，其由单独颗粒示意性表示，诸如OI 425的示意性表示。

在该示例中，本发明通过第一过滤装置403、第二过滤装置410和第三过滤装置431体现。

第一过滤装置403具有第一表面404和第二表面405，其两者都是平面的，并且平行于XZ-平面。在该实施方式，若干相同的通道，诸如通道407，允许OI从第一容器400穿过整体材料406至内部区域402，反之亦然。在该实施方式中，通道在XZ-平面中均匀地间隔开，类似于图10A中所示第一过滤装置103的通道的排布。

整体材料406可以由任意合适材料制成，诸如金属、复合材料或陶瓷。在一些实施方式中，整体材料406也可以描述为织物。

每个通道具有第一开口诸如第一开口408，和第二开口诸如第二开口409。通道407的横截面是恒定的，并且当沿正Y方向观察时是圆形的。

第二过滤装置410包括若干层，诸如第一层411和第二层418。每层包括平行于Z轴排布的若干圆柱形管，诸如圆柱形管413、圆柱形管415、圆柱形管420或圆柱形管422。如所示，这些管在X方向上均匀地间隔开，并且由平行于X轴排布的圆柱形管诸如圆柱形管417或圆柱形管424支撑。通道416在管413、415、417和该页的平面上方的第四管之间形成。类似地，通道423在管424、422、420和第四管之间形成。

在图8中，第二过滤装置410的整体材料，诸如层411的整体材料412或层418的整体材料419，拥有与整体材料406相同的材料。在其他实施方式中，第二过滤装置410的整体材料可以是与整体材料406不同的材料。

图8所示的实施方式可以被认为类似于图5和图7所示的实施方式。如所提到的，对于动态边界条件，存在OI从第一容器到内部腔中和到第二容器中的净扩散。在内部腔包括自由移动FO的情况中，如在图10A中所示的实施方式的情况，例如，这可以导致FO在负Y方向上在内部腔的部分中的较大密度。换句话说，在内部腔中的FO的密度可以由于OI在负Y方向上的扩散和OI对FO的相关压力而在正Y方向上减小。FO在负Y方向上的浓度增加可以减少OI在负Y方向上的平均扩散速率。FO的浓度增加可以被认为阻挡第二过滤装置在与内部腔的界面处的通道开口，因此降低了OI从内部腔到第二过滤装置的扩散速率。该作用是不期望的并且可以通过采用CFO代替FO大大避免。由于CFO是实施方式的整体材料的部分，所以它们不会以与在内部区域内扩散OI的相同程度或以与自由移动FO相同的量移位。因此，对于动态边界条件，采用CFO的实施方式(诸如图8中所示的实施方式)的处于稳态的OI的扩散速率可以比采用FO的等效实施方式(诸如图10A中所示的实施方式)大。

第三过滤装置431具有第一表面432和第二表面433，两者都是平面的，并且平行于XZ-平面。在该实施方式中，若干相同的通道，诸如通道435，允许OI从第二容器401穿过整体材料434至内部区域402，反之亦然。在该实施方式中，通道在XZ-平面中均匀地间隔开，类似于图10A中所示的第三过滤装置103的通道的排布。

出于说明性目的，第三过滤装置431在XZ-平面中的相邻通道之间的分隔距离与第一过滤装置403在XZ-平面中的相邻通道之间的分隔距离相同。注意，第三过滤装置431的通道(诸如通道407)的直径大于第一过滤装置403的通道(诸如通道435)的尺寸。因此，在第一容器400中第一过滤装置403的参考通道的直径小于在第二容器401中第三过滤装置431的参考通道的直径。对于静态边界条件，在第二容器401中OI的密度大于第一容器400中OI的密度。

整体材料434可以由任何合适的材料制成，诸如金属、复合材料或陶瓷。在一些实施方式中，整体材料434还可以描述为织物。在一些实施方式中，整体材料434可以包括石墨烯。

第三过滤装置431的每个通道具有第一开口诸如第一开口436，和第二开口诸如第二开口437。通道435的横截面是恒定的，并且当沿Y方向观察时是圆形的。

在线428的上下文中，轴线429表示本发明的实施方式的整体材料占据的空间的平均部分，表示为“平均整体分数”，和轴线430对应于沿Y轴测量线428表达的数量的位置。前述整体材料可以是任何整体材料，诸如第一过滤装置403的整体材料406、第二过滤装置410的整体材料或第三过滤装置431的整体材料434。

在线426的上下文中，平行于X轴的轴线429表示OI占据的自由空间的平均分数，也称为“平均OI分数”，和平行于Y轴的轴线430表示沿Y方向测量所述平均OI分数的位置。虚线427显示了在第一容器400中的平均OI分数的值以供参考。

图9是本发明的另一个实施方式的横截面视图。图9中所示的装置的一些特征以及该装置的一些操作原理与其他附图中所示的装置具有相似之处，因此在图9的上下文中将不再同样详细地描述，反之亦然。

存在第一容器450和第二容器451，其中介质包括OI，其由单独颗粒示意性表示，诸如OI 475的示意性表示。

在该示例中，本发明通过第一过滤装置453和第二过滤装置460体现。

第一过滤装置453具有第一表面454和第二表面455，两者都是平面的，并且平行于XZ-平面。在该实施方式中，若干相同的通道，诸如通道457，允许OI从第一容器450穿过整体材料456至内部区域452，反之亦然。在该实施方式中，通道在XZ-平面中均匀地间隔开，类似于图10A中所示的第一过滤装置103的通道的排布。

整体材料456可以由任何合适的材料制成，诸如金属、复合材料或陶瓷。在一些实施方式中，整体材料456也可被描述为织物。

每个通道具有第一开口诸如第一开口458，和第二开口诸如第二开口459。通道457的横截面是恒定的，并且当沿正Y方向观察时是圆形的。

第二过滤装置460包括若干层，诸如第一层461、第二层468和第三层481。每个层包括平行于Z轴排布的若干圆柱形管，诸如圆柱形管463、圆柱形管465、圆柱形管470或圆柱形管472。如所示，这些管在X方向上均匀地间隔开，并且由平行于X轴排布的圆柱形管诸如圆柱形管467或圆柱形管474支撑。通道466在管463、465、467和该页的平面上方的第四管之间形成。类似地，通道473在管474、472、470和第四管之间形成。类似地，通道486在管487、483、485和第四管之间形成。

在图9，第二过滤装置460的整体材料，诸如层461的整体材料462，或层468的整体材料469，或层481的整体材料482拥有与整体材料456相同的材料。在其他实施方式中，第二过滤装置460的整体材料可以是与整体材料456不同的材料。

第三标记的层481可以被认为等效于图8的上下文中提到的第三过滤装置431。注意，通道486的横截面面积大于通道457的横截面面积。进一步注意，层481中的在XZ-平面中的相邻通道的分隔距离小于在第一过滤装置453中相邻通道的分隔距离。因此，在第一容器450中第一过滤装置453的参考通道的直径小于在第二容器451中第二过滤装置460的参考通道的直径。对于静态边界条件，第二容器451中OI的密度大于第一容器450中OI的密度。

在线478的上下文中，轴线479表示由本发明的实施方式的整体材料占据的空间的平均部分，表示为“平均整体分数”，和轴线480对应于沿Y轴测量线478表达的数量的位置。前述整体材料可以是任何整体材料，诸如第一过滤装置453的整体材料456，或第二过滤装置460的整体材料。

在线476的上下文中，平行于X轴的轴线479表示OI占据的自由空间的平均分数，也称为“平均OI分数”，或OI的浓度，和平行于Y轴的轴线480表示沿Y方向测量所述平均OI分数的位置。虚线427显示了在第一容器450中的平均OI分数的值以供参考。

在其他实施方式中，过滤装置可以包括第一过滤器表面(filter surface)，过滤膜，或过滤板，或过滤装置，诸如第一过滤装置453，其中第一过滤器表面包括指向朝向第一容器的第一表面，和指向朝向第二容器的第二表面。过滤装置还可以包括至少第二过滤器表面，其中第二过滤器表面还可以包括指向朝向第一容器的第一表面，和指向朝向第二容器的第二表面，其中第一过滤器表面的第二表面和第二过滤器表面的第一表面彼此面对，由此形成内部体积。根据本发明，这两个过滤表面之间的分隔距离小于该位置处目标物体的平均自由程的1000倍。例如，第一过滤器表面可以是平面的并且包括沿通道的长度恒定特征宽度的若干平行通道，类似于过滤装置403。类似地，第二过滤器表面可以是平面的并且包括沿通道的长度恒定特征宽度的若干平行通道，类似于过滤装置434。第一和第二过滤表面的通道以及内部体积形成通道系统。

在一些这样的实施方式中，目标物体和过滤表面之间的相互作用包括漫反射。

换句话说，在该段落中描述的实施方式的子集可以被认为类似于图8所示的实施方式，区别在于内部区域402不需要包括任何另外的整体材料或过滤的物体，诸如整体材料419。在这类实施方式中，第二过滤装置的第一表面和第一过滤装置的第二表面彼此足够近地定位，以致内部体积的至少部分可以被认为是垂直于第一过滤表面中的通道或第二过滤表面中的通道的长度排布的通道。第二过滤装置的第一表面和第一过滤装置的第二表面之间的局部最短距离表示为“分隔距离”。

根据本发明，第二过滤表面的通道的宽度大于第一过滤表面中通道的宽度，使得第二过滤表面中通道的孔径角度大于第一过滤表面中通道的孔径角度。因此，通过从内部体积通过第二过滤表面中的通道并进入第二容器的转变(transition)形成第二梯度区段。

在一些这样的实施方式中，第一过滤器表面的第二表面与第二过滤器表面的第一表面之间的分隔距离大于第一过滤表面中的通道的特征宽度，从第一过滤表面中的通道到内部体积的转变从而形成第二梯度区段。

在一些实施方式中，若干过滤表面，诸如第一或第二过滤表面，可以串联排布，其中过滤表面之间的分隔距离逐渐地增加，并且其中连续过滤表面中的通道的孔径角度或特征宽度逐渐地增加。因此，单个第二梯度区段可以延伸贯穿若干过滤表面。

在一些这类实施方式中，第一过滤器表面的第二表面和第二过滤器表面的第一表面之间的分隔距离小于第二过滤表面中的通道宽度，从内部体积到第二过滤表面中的通道的转变从而形成第二梯度区段。

在一些这类实施方式中，和在包括过滤表面(诸如过滤表面403或431)的一些实施方式中，诸如图6-10A中所示的实施方式中，沿通道的长度的该通道的横截面面积还可以在第二容器的方向上增加，由此在过滤表面内形成第二梯度区段。换句话说，过滤装置153、203、403、431、453、103、110可以包括第二梯度区段。例如，这些过滤装置可以以与图1或图2中所示的实施方式类似的方式配置。

图10A是本发明的另一个实施方式的横截面视图。

在图10A，介质包括目标物体，或“OI”，其由单独颗粒示意性表示，诸如颗粒135的示意性表示。为简单起见，介质可以被认为是包括单原子分子的理想气体。在其他实施方式中，介质可以由其他类型的物体组成，诸如水分子。介质还可以包含若干不同类型的物体，例如金属导体中的原子晶格中发现的自由电子。在该简化的实施方式中，OI的形状被呈现为球形。在其他实施方式中，OI不必是球形的，而是可以采用任何形状。例如，OI可以是双原子分子，或者多原子分子，或者像灰尘颗粒或花粉的气溶胶粒子，其可以采取多种形状。OI也可以是亚原子粒子，例如电子、正电子或光子。OI也可以是虚拟粒子或虚拟物体，例如虚拟光子、虚拟电子或虚拟正电子。例如，在OI是虚拟光子的情况中，FO可以是电子。OI还可以是带电分子，诸如带正电或带负电的离子。

存在第一容器100和第二容器101。在该示例中，本发明通过第一过滤装置103、第二过滤装置110和包括过滤的物体或“FO”(诸如过滤的物体136)的内部腔102体现。

在该实施方式中，内部腔102和第一容器100之间的界面由第一过滤装置103或绝缘材料(其未示出)形成，但是配置为FO和OI不可穿透并且被全反射。所述绝缘材料可以配置为在垂直于Y方向的方向上封闭内部腔102。例如，绝缘材料的横截面当沿Y方向观察时可以是圆柱形壳体。在其他实施方式，绝缘材料的横截面可以是任何形状，诸如矩形或多边形。类似地，内部腔102和第二容器101之间的界面由第二过滤装置110或所述绝缘材料形成。

第一过滤装置103具有第一表面104和第二表面105。在该实施方式中，若干相同的通道，诸如通道107，允许OI从第一容器100扩散穿过整体材料106至内部腔102，反之亦然。每个通道具有第一开口例如第一开口108，和第二开口例如第二开口109。通道107的横截面是恒定的，并且当沿正Y-方向观察时是圆形的。在其他实施方式中，通道107的横截面几何形状不必是圆形的，而是可以是任何任意形状，诸如正方形、矩形或多边形。

图10B是沿图10A所示的实施方式的第一过滤装置103的正Y方向的横截面视图。在整体材料106内的通道(诸如通道107)的周期性排布是明显的。在其他实施方式中，排布不必是周期性的。圆环137示意性地表示在通道的横截面上的FO的最大外周的投影。由于面向内部腔102的整体材料106的表面对FO全反射，所以FO不能穿过第一过滤装置103。

通道的横截面几何形状和尺寸配置为允许OI从内部区域202扩散通过通道并进入第一容器100，反之亦然。例如，在图10A所示的实施方式中，通道107的圆形横截面面积大于OI的最大圆形横截面面积，而小于FO的最小圆形横截面面积。在其他实施方式中，横截面面积或几何形状沿Y方向可以不是恒定的。在其他实施方式中，与第一过滤装置103或第二过滤装置110相互作用的FO的部分还可以能够扩散通过第一过滤装置103或第二过滤装置110，条件是依然采用本发明的实施方式的操作原理。根据本发明的一些实施方式，对于静态边界条件，OI在任一方向上通过与内部腔相关联的第二过滤装置的参考通道的扩散速率大于OI在任一方向上通过与内部腔相关联的第一过滤装置的参考通道的扩散速率。在一些实施方式中，对于静态边界条件，该原理可能需要内部腔102中的FO的数密度大于第一容器100中的FO的数密度，并且大于第二容器101中的FO的数密度等条件。

在其中目标物体可以描述为颗粒诸如分子的情况中，整体材料106可以是任何固体材料，诸如金属、陶瓷或复合材料。材料106的所有可接近表面配置为全反射所有OI和FO。在其他实施方式中，反射率可以是大于零的任何值。本领域技术人员将能够针对给定应用选择适合的材料。

因此，第一过滤装置103配置为允许OI在正或负Y方向上穿过第一过滤装置103的通道(诸如通道107)，但是阻止FO从内部腔102穿过进入第一容器100。在该简化的实施方式中，采用球形FO和球形OI之间的尺寸差异来过滤或阻止FO扩散通过第一过滤装置103，而允许OI扩散通过第一过滤装置103。在其他实施方式，可以使用FO的其他性质，以允许第一过滤装置103区分FO和OI。例如，可以使用FO和OI之间的电荷差异来过滤FO，而允许OI穿过过滤装置。在该情况中，过滤装置可以采用静电排斥，从而阻止特定电荷的FO穿过过滤装置。在另一示例中，可以采用FO和OI之间的几何形状差异来过滤FO，而允许OI穿过第一过滤装置103。比如，FO和OI的体积可以相同，但是OI的形状可以是球形的，而FO的形状可以是三角形的或矩形的。FO的最小横截面因此大于OI的最小横截面，这允许具有圆形横截面的通道以允许OI穿过通道而阻止FO穿过通道的方式设定尺寸。

本领域内已知多种其他过滤装置和方法，用于允许特定性质集的物体穿过过滤装置，而阻碍、减少、或阻止具有不同性质集的物体穿过所述过滤装置，或减小其通过所述过滤装置的流动速率或扩散速率。

在图10A中描绘的简化示例中，过滤的物体可以被认为是球形颗粒，诸如在单原子气体中发现的原子。如所示，FO具有比OI大的直径。在其他实施方式中，FO的形状不必是球形的，也不必沿所有维度都大于OI。例如，单独FO还可以是原子的集合，诸如富勒烯分子，其可以是球形、椭圆形或管状形状。

第二过滤装置110包括若干内部细杆(pin)，诸如内部细杆111或内部细杆112。第二过滤装置110还可以包括外部细杆，诸如外部细杆116或外部细杆115。每个内部细杆限定第一表面，诸如内部细杆112的第一表面120或内部细杆111的第一表面119。每个外部细杆限定第二表面，诸如外部细杆115的第二表面122或外部细杆116的第二表面123。内部细杆和外部细杆刚性地连接至支撑装置125。内部细杆位于支撑装置125的正Y方向上，即在支撑装置125面向内部腔102的一侧上。外部细杆位于支撑装置125的负Y方向上，即支撑装置125不面向内部腔而面向第二容器101的一侧上。在该实施方式，内部细杆可以被认为是外部细杆的镜像，其中镜像平面平行于XZ-平面并位于支撑装置125沿Y方向的中心处，即在图10A的标记125附近。该镜像平面将被称为第二过滤装置110的镜像平面。

在该实施方式中，每个细杆的形状是圆柱形的，具有平行于Y轴的长轴。当沿Y方向观察时细杆的横截面是圆形的，并且形状和尺寸是均匀的。在其他实施方式中，横截面可以是任何几何形状，诸如矩形、正方形或多边形。在其他实施方式中，细杆的长轴不必平行于Y轴。例如，细杆的长轴可以与Y轴形成角度，其中该角度小于45度。在其他实施方式中，所述角度可以小于90度。在仍其他实施方式中，第二过滤装置110的通道可以具有任何合适的几何形状，条件是采用本发明的原理。本发明的原理可以约束第二过滤装置110的每个通道的尺寸，或第二过滤装置110的通道相对于彼此的排布，或第二过滤装置110的通道的几何形状等参数。这些参数决定本发明的实施方式的效能。例如，细杆的横截面的形状和尺寸可以沿Y轴改变。在一些这类实施方式中，第二过滤装置的几何形状平均可以关于平行于XZ-平面的镜面平面对称，并且沿Y方向位于第二过滤装置的第一表面(诸如第一表面120)和第二过滤装置的第二表面(诸如第二表面123)之间的半途处。在该情况中，平均值是在第二过滤装置的范围上计算的空间和时间平均值。在其他这类实施方式中，第二过滤装置的几何形状不必是对称的。例如，第二过滤装置可以仅包括支撑装置诸如支撑装置125，和外部细杆诸如外部细杆115或116。在一些这类情况中，不必须存在第一过滤装置103或包括FO的内部腔102。

每个细杆在Y方向上可以具有任何长度，条件是满足结构和制造约束条件等其他约束条件。

在该实施方式中，圆柱形细杆的直径尽可能的小。在一些实施方式中，当沿Y方向观察时细杆的横截面面积在OI的横截面面积的尺寸的量级上。在一些实施方式中，当沿Y方向观察时细杆的横截面面积在FO的横截面面积的尺寸的量级上。在其他实施方式中，当沿Y方向观察时细杆的横截面面积可以取任何其他合适的值。

在所示实施方式中，相邻的内部细杆，诸如内部细杆111和内部细杆112，以其中FO不能从内部腔102穿过第二过滤装置110进入第二容器101的方式排布。可以定义第二过滤装置110的第一平面为平行于XZ-平面并与内部细杆112的第一表面120重合的平面。可以定义第二过滤装置110的第一中间平面为平行于XZ-平面并与刚性元件132的内部细杆的第一表面130重合的平面。可以定义第二过滤装置110的第二中间平面为平行于XZ-平面并与刚性元件132的内部细杆的第二表面131重合的平面。可以定义第二过滤装置110的第二平面为平行于XZ-平面并与外部细杆116的第二表面123重合的平面。第一平面和第一中间平面之间未被整体材料126占据的空间的体积是第二过滤装置110的第一通道部分127。第二中间平面和第二平面之间未被整体材料126占据的空间的体积是第二过滤装置110的第二通道部分129。第一中间平面和第二中间平面之间未被整体材料126占据的空间的体积包括中间通道，诸如第二过滤装置110的中间通道128。第一通道部分127、中间通道(诸如中间通道128)和第二通道部分129允许OI穿过第二过滤装置110从内部腔102到第二容器101，反之亦然。第一平面不与细杆的第一表面诸如第一表面120或第一表面119重合的部分表示为第二过滤装置110的第一通道开口。第二平面不与细杆的第二表面诸如第二表面122或第二表面123重合的部分表示为第二过滤装置110的第二通道开口。

支撑装置125包括若干刚性元件，诸如图10C中所示刚性元件132或刚性元件133。每个刚性元件刚性地连接至内部细杆和外部细杆的子集，如图10A和图10C中所示。在刚性元件和相邻刚性元件之间，或刚性元件和支撑第二过滤装置的任意装置之间也存在刚性连接。这类刚性连接在附图中未显示。在相邻的单独刚性元件之间，存在中间通道，诸如中间通道128，OI能够通过其从内部腔102扩散到第二容器101中，反之亦然。每个刚性元件具有第一表面诸如刚性元件132的第一表面130，和第二表面诸如刚性元件132的第二表面131。

在其他实施方式中，第二过滤装置110可以以与第一过滤装置103类似的方式配置，其中第二过滤装置110中的通道的特征宽度大于第一过滤装置103中的通道的特征宽度，条件是第二过滤装置依然能够至少部分地阻止或阻碍FO从内部区域102扩散到第二容器101中。在这类实施方式中，过滤装置可以被认为以与图8中所示的过滤装置类似的方式配置，其中图10A中的FO被CFO取代，即，被图8中的整体材料取代。

图10C是沿图10A中所示的实施方式的第二过滤装置110的负Y方向的横截面视图。细杆(诸如内部细杆通道112或内部细杆111)的周期性排布是明显的。在其他实施方式中，排布不必须是周期性的。圆环138示意性地表示在第一通道部分127的横截面上FO的最小外周的投影。注意，外周总是与整体材料126相交至少一次。由于整体材料126面向内部腔102的表面对FO全反射，所以FO不能够穿过第二过滤装置110。

注意，细杆和支撑装置可以在应力下偏转或变形，并因此在一些实施方式中，也可以被认为是柔性的。在一些实施方式中，第一或第二过滤装置可以被描述为织物、布料或纺织品。在一些实施方式中，第一或第二过滤装置可以描述为多孔塞。

为第一过滤装置103的整体材料106选择合适材料的基本原理和考虑事项也适用于第二过滤装置110的整体材料126。比如，整体材料126可以是金属、陶瓷或复合材料。在一些实施方式中，整体材料126可以包括碳或石墨烯。在一些实施方式中，第二过滤装置110的细杆可以包括碳纳米管。在该实施方式中，整体材料126的表面对OI和FO全反射。在其他实施方式中，对于整体材料106，反射率可以是大于零的任意值。关于指定类型的物体诸如FO和OI，指定装置(诸如第一过滤装置或第二过滤装置)的整体材料反射率的合适值的范围取决于本发明实施方式的过滤装置的通道的几何形状和尺寸以及实施方式的期望目的或期望效能等参数。

根据本发明的一些实施方式，与第二容器101相关联的第二过滤装置110的参考通道的直径大于与第一容器100相关联的第一过滤装置103的参考通道的直径。注意，由于过滤装置沿Y方向的对称性，与第一或第二容器相关联的给定过滤装置的参考通道和代替地与内部腔102相关联的相同过滤装置的参考通道相同。这种第一和第二过滤装置之间的参考通道的尺寸差异通过如下实现：与第一过滤装置103的通道(诸如通道107)的直径和分隔距离相比，与第二过滤装置110到内部腔102的通道开口(诸如由通道部分127和内部腔102之间的界面描述的通道开口)相关联的更大的横截面面积以及相邻通道之间更短的分隔距离。

图10A中所示的装置的操作远离类似于图8中所示和图7的上下文中所讨论的装置的操作原理。

在图10A中所示的实施方式中，对于静态边界条件，内部细杆(诸如内部细杆111)沿Y方向的长度足够大，使得中间通道(诸如中间通道128)的几何形状和尺寸基本上不影响OI在任一方向上通过第一平面的扩散速率。在其他实施方式中，不必须是这样的情况。在描绘的实施方式中，第二过滤装置110关于第二过滤装置110的镜面平面的对称性确保在第二过滤装置110的单个通道的内部部分中OI的平均密度等于在第二过滤装置110的单个通道的外部部分中OI的平均密度。

对于静态边界条件，对于一些实施方式，第二容器101中的OI的密度大于第一容器100中的OI的密度。对于一些实施方式，第二容器101中的OI的压力大于第一容器100中的OI的压力。对于一些实施方式中，第二容器101中的OI的熵小于第一容器100中的OI的熵。对于一些实施方式，第二容器101中的OI的平均速率基本上等于第一容器100中的OI的平均速率。对于一些实施方式，第二容器101中的OI的温度基本上等于第一容器100中的OI的温度。

对于动态边界条件，OI从第一容器100到第二容器101内存在净扩散。本发明的实施方式可以因此也被认为用于涉及泵送的应用。由于OI的净扩散，存在正Y方向上作用于本发明的实施方式的净力。这样的力可以被用于做机械功。该机械功还可以利用发电机转化为电能。在OI携带电荷的情况中，本发明的实施方式可以被用于产生电功。该电功还可以利用电动机转化为机械功。因此，本发明的实施方式可以被认为用于涉及发电的应用。这类应用，以及相关的装置和方法在本领域内是众所周知的。

在其他实施方式中，图10A中所示的FO的作用或目的可以可选地被内部腔102内的整体材料的合适排布实现。

其中制造过滤装置的方式取决于过滤装置的规模或特征长度。例如，考虑介质中目标物体的平均自由程为大约一毫米的应用示例。在此类应用的过滤器系统的示例中，通道(诸如通道276)的减小横截面面积的区域的特征宽度可以为大约一厘米。该规模的结构可以容易地制造并且使用常规机械制造技术大量生产，诸如计算机数控(CNC)轧机、选择性激光烧结(SLS)、光刻术和蚀刻、增材印刷工艺等。

特征长度在纳米量级的过滤器装置的实施方式可以利用半导体制造设备和程序制造。例如，灰度电子束或离子束光刻术可以用于制造具有纳米规模下复杂几何形状的重复图案的大阵列的模具。这些模具可以被用于使用纳米刻印光刻术在基板上刻印所需的表面特征。例如，该方法可以被用于制造图1-5或图11的示例中所示的过滤板实施方式，或过滤表面，或过滤膜，或过滤板，诸如图7中的过滤表面203，或图6中的过滤表面153。在另一示例中，过滤板实施方式可以使用纳米规模的增材制造技术制造，诸如电子束诱导沉积。这些和其他制造技术可以得益于干涉效应来制造上述复杂结构的大阵列。例如，这些方法在干涉光刻术领域中是已知的。例如，减材制造技术(诸如深度反应离子蚀刻)可以用于制造图6-10A中所示类型的过滤装置的通道。比如，通道直径可以在数十纳米的量级。

在图11中，与过滤装置900相互作用的OI的初始方向的分布(即初始速度方向的分布)在所有角度(即360度)的范围内均匀分布。在图11中所示的简化场景中，从第一容器2036进入通道的OI的初始方向的分布是均匀的。这通过来自第一容器的均匀分布的入射通量2059指示，其中分布在由入射通量2059的曲线轮廓内的箭头所指示的可能方向的范围内是均匀的。入射通量2059相对于参考线2056进行测量。对于动态边界条件，第一容器2036和第二容器2037的性质假设为瞬时相同的。因此，来自第二容器2037的OI的入射通量2060的分布作为入射速度方向的函数在所有方向内也是均匀的，如通过相对于参考线2057的通量2060的恒定大小所指示的。

在本发明的实施方式的多种应用中出现入射通量的这类分布。例如，在典型的固定介质中，即其中OI的平均速度为零的介质中，即其中整体流动为零的介质中，OI速度分布在所有角度内是均匀分布的。这适用于气体中的原子或分子，或半导体的导带中的电子。在这类固定介质中放置的过滤装置将因此经历初始方向的均匀分布，即，与过滤装置的通道或外部表面相互作用的具有指定方向的初始速度的OI的概率对于所有方向近似相等。

对于图11中所示的简化的实施方式，从第一容器2036进入通道(诸如通道2039)的所有OI被传递至第二容器。注意，为了简化，假设在OI通过过滤装置的整个运动中不存在无规散射事件。在其他实施方式中，可以存在散射事件，诸如OI与OI碰撞或从通道的内部表面(诸如内部表面2047)漫反射，条件是依然存在对于动态边界条件的净扩散，或对于静态边界条件的净浓度、压力或密度差异。当OI从第一容器2036通过通道2039扩散到第二容器2037时，OI可以与通道的内部壁2047碰撞。由于壁相对于XZ-平面的角度，OI沿Y方向的运动方向的分量增加。在图11中利用OI的示例轨迹(诸如OI 2052的轨迹2035)显示了该作用。如所示，OI 2052在负Y方向上的运动或速度的分量随着与内部表面2047的每次碰撞，大小增加。结果，作为方向函数的由通量大小2059指示的第一容器2036中速度的初始均匀分布，当OI到达第二容器2037中时不在均匀。方向的初始半球均匀分布已经聚焦为流出速度的会聚束2064。由于高第一透过率和通道2039的内部表面2047的几何形状性质，整个流入通量(influx)2059，即在所有角度内集成的流入通量2059，已经聚焦为减少的角度集，即会聚束2064。

相反，以位于所述束2064的有限范围内的初始角度从第二容器2037进入通道2039的任何流入通量2060散布在可能的流入通量角度的整个范围内，导致相对于相同参考线2056测量的流出通量(outflux)大小2061减小。以位于所述束2064的有限范围外的初始角度从第二容器进入通道2039的任何流入通量2060被反射返回第二容器2037，如通过位于束2064之外的流出通量2062的部分2063所指示的。也相对于参考线2057测量流出通量2062。其中来自第二容器2037的OI被反射回第二容器2037的场景被OI 2054的轨迹2055举例说明。

因此，第一透过率大于第二透过率。在一些实施方式中，第一透过率与第二透过率的比率足够大，使得第一透过率和第一捕获面积(即XZ-平面中第一开口2041的面积)的乘积与第二透过率和第二捕获面积(即第二开口2042的面积)的乘积之比大于一，尽管第一捕获面积小于第二捕获面积。因此，在一些这类实施方式中，对于动态边界条件，从第一容器2036至第二容器2037存在OI的净扩散，或相对于第一容器2036，在第二容器2037中的OI的浓度、密度或压力更大。

对于动态边界条件，存在从第一容器2036通过过滤装置900或1000进入第二容器2037的目标物体的净流动1040。过滤装置900包括整体材料2065、第一表面2046、若干通道(诸如通道2039，每个通道包括第一开口2041或1006和第二开口2042或1008)和内部表面2047。在描绘的实施方式中，目标物体和通道边界(即内部表面2047)之间的大部分相互作用可以描述为镜面反射。在一些这类实施方式中，大于50％的所述相互作用可以描述为镜面反射。在一些这类实施方式中，大于90％的所述相互作用可以描述为镜面反射。在一些这类实施方式中，大于30％的所述相互作用可以描述为镜面反射.

注意，第一开口2041至第二容器2037的有效孔径通过沿束2064长度的其横截面面积进行描述，其在该示例中是锥形的。第一开口2041至第一容器2036的有效孔径通过流出通量2061的横截面面积进行描述，其在该示例中几乎是半球的。因此，对于动态边界条件，第二容器中的孔径小于第一容器中的孔径，这导致从第一容器至第二容器的OI的净扩散。

图12是在超音速冲压喷气发动机中本发明的实施方式的应用的横截面视图。

例如，发动机3000可以用于通过与气体分子(诸如空气分子)相互作用产生推力。发动机300包括第一进口3003、第一收缩部3004、第一膨胀部3005、过滤装置3006——也称为过滤装置900、第二收缩部3007、第二膨胀部3008和出口3009。在标称的超音速飞行期间，流入流管3018和流出流管3019分别入射在前缘3010和后缘3011的驻点上或由其发射。

发动机3000包括通道3002，该通道3002由整体材料3001界定并且位于进口3003和出口3009之间。例如，发动机3000可以配置为以空气操作。发动机的外部表面3020和内部表面3021在该简化的实施方式中描述了轴对称且同心的表面，其中对称轴平行于X轴，并称为“中心轴”。

具有外表面3025的平移进气道中心体(spike)3022配置为调节通过发动机3000的流速并因此调节所产生的推力量。平移进气道中心体3022可以由液压或电动致动器沿着中心轴以连续可变的方式从开放位置到闭合位置移动以增加或减小通道3002的横截面面积。支撑支柱，例如支撑支柱3023，为平移进气道中心体提供结构支撑。箭头1040指示标称操作期间的流动方向。

过滤装置3006根据本发明配置。例如，过滤装置3006可以包括串联排布的过滤装置的若干层，诸如层3031，其中层中的每个过滤装置以与图11所示的过滤装置类似的方式排布。在其他实施方式中，可以以与图1-10所示的过滤装置类似的方式来配置层(诸如层3031)中的过滤装置。因此，包含目标物体(如空气)的介质的压力跨越过滤装置增加，以使测量点(station)3042处的压力大于测量点3014处的压力，和测量点3043处的压力大于测量点3042处的压力，和测量点3015处的压力大于测量点3043处的压力。存在OI(如空气分子)在箭头1040所示的方向上通过过滤装置3006的净扩散。过滤装置中的每个通道系统都包括第一开口(诸如第一开口3032)和整体材料(诸如整体材料3041)，如放大图3030所示。

在其他方面中，发动机3000可以被认为以类似于常规冲压式喷气发动机类似的方式操作。在自由流测量点3012和喉道(throat)3013之间，超音速流被减速和空气被优选等熵地压缩，即不产生冲击波。在喉道3013和测量点3014之间，流被压缩并进一步减速至亚音速流速。在理想冲压式喷气发动机中的测量点3012和3014之间的这种压缩是绝热的，但是在实际实施中，存在在喉道3013和测量点3014之间稳定的弱冲击波，优选靠近喉道以减少损失。在测量点3014处的流速被降低，从而减少与过滤装置3006相关联的阻力。

过滤装置配置为增加气体的压力。由于OI与过滤装置的下游表面的碰撞，随着OI的动量转移至过滤装置，存在含有OI的介质的冷却作用。

在测量点3015处的压力增加后，气体优选绝热地通过收敛和发散喷嘴被膨胀。在该膨胀中，气体的温度进一步降低，使得在测量点3017处的温度小于在测量点3012处的温度，同时在两个测量点处的压力是大气压力。

在一些实施方式中，过滤装置中的通道的特征宽度可以在贯穿组合的过滤装置的下游方向上相应于与跨越过滤装置的密度和压力的增加相关联的平均自由程的减少而减小。可选地，流动速度可以增加而介质的密度可以降低，从而保持平均自由程的长度在过滤装置的配置或可制造性提供的尺寸约束条件之上。

图13是图12中所示的实施方式处于闭合或零推力配置的横截面视图。在该配置中，平移进气道中心体3022处于完全缩回位置，导致关闭通道3002和产生零推力。在该配置中，过滤装置3006可以被认为在静态边界条件下操作，其中在第二容器1004中产生比第一容器1002中更大的压力。

在本发明的一些实施方式中，目标物体是虚拟粒子，如通过量子场理论所描述的。可以认为量子真空是包括虚拟物体的介质，其中虚拟物体表示暂时展现对应常规或真实物体的一些或全部性质的量子真空中的波动。虚拟物体的示例是虚拟光子，或虚拟粒子-反粒子对，诸如电子和正电子。量子真空可以瞬间展现出粒子或波的任意性质，例如质量或动量。在本发明的实施方式的上下文中，在常规物体(例如光子)和虚拟物体(例如虚拟光子)之间没有区别。为了简单起见，术语“真空”用于指由量子场理论描述的量子真空。这些虚拟粒子会产生零点能和相关效应，诸如卡西米尔效应。

与量子真空相互作用的本发明的实施方式可以如下配置。过滤装置的特征尺寸，通道的特征长度和特征宽度配置为小于虚拟粒子的1000倍平均自由程的长度。换句话说，过滤装置的特征尺寸以本发明的零件之间(例如，通道的相对壁之间)的卡西米尔力非可忽略的方式配置。换句话说，过滤装置的特征尺寸以本发明的零件之间(即，通道的相对壁之间)的零点能从零点能的不受干扰的真空水平变化不可忽略的量的方式配置。

真空可以被认为由虚拟粒子(例如虚拟光子)组成，这些虚拟粒子在与另一虚拟粒子湮没之前行进一定距离或存在一段时间。如本文所讨论的，湮没事件可以被认为是OI的散射事件。如本文所讨论的，在湮没或消光事件之间由虚拟粒子(例如虚拟光子)行进的平均路径可以被视为虚拟粒子的平均自由程。虚拟粒子的平均自由程在一个纳米的数个数量级内。例如，两个相对的完美导电板之间的卡西米尔压力在近似10纳米的分隔处近似等于一个大气压。

与量子真空相互作用的过滤装置的几何形状可以是本文讨论的任何合适的几何形状。例如，过滤装置可以以在图1-11的上下文中描述的方式进行配置。注意，对于静态边界条件，虚拟粒子的初始方向的分布在所有角度上是均匀的，如在图11的上下文中所描述的。注意，如在图11的上下文中所描述的，虚拟粒子与通道系统的边界(诸如内部表面2047)之间的相互作用可以包括镜面反射。注意，如在图1-10的上下文中所描述的，虚拟粒子与通道系统(诸如通道系统242中的整体材料245或通道系统267中的整体材料270，或图6中的整体材料156或162的内部表面)，或过滤的物体(诸如图7中的过滤的物体227，或图10A的过滤的物体136)的边界之间的相互作用还可以包括漫反射或可以描述为散射事件。在以下各段中，为了描述的方便和清楚起见，将讨论的示例实施方式是以与图11中的实施方式类似的方式配置的实施方式。

在该实施方式中，过滤装置的整体材料(诸如整体材料2065或整体材料270)的所有表面是完美导电性的。在其他实施方式中，不必须是这种情况。整体材料270可以是超导材料，或常规导电材料诸如金属，半导体诸如硅，或绝缘体诸如玻璃。在其他实施方式中，整体材料的表面可以以具有预期性质的不同材料涂覆。如果目标的最小化有利于高电导率，则可以使用涂覆材料，诸如铜、银或石墨烯。在该简化实施方式中，整体材料中性带电。在其中整体材料207是金属的情况中，可以使用具有大等离子体频率的金属，诸如铝。这确保整体材料的反射率大于零的频率范围被最大化，这确保了过滤装置可以与宽范围频率的虚拟粒子(诸如虚拟光子)相互作用，使得推力或轴向压力被最大化。

对于动态边界条件，虚拟物体可以与过滤装置以如下方式相互作用：其中在图11中所示的实施方式的负Y方向上存在虚拟物体的净扩散。这可以导致在正Y方向上对过滤装置的净力。在XZ-平面中每单位该力的值表示轴向压力。例如，当虚拟粒子是虚拟光子时，该轴向压力的起源是在这些虚拟光子的平均自由程内被过滤装置改向或聚焦的虚拟光子的辐射压力，如通过图11中的轨迹2053和轨迹2055举例说明的。作用在过滤装置的表面(诸如表面2047)上的虚拟物体的辐射压力可以得到沿Y方向的净力或净轴向压力。零点能的值可以被认为在通道2039中大于在基线不受干扰的真空中，这导致内部表面2047上的压力大于表面2046上由于零点能的较低基线不受干扰的真空水平造成的压力。零点能可以被认为是与虚拟物体相关联的能量。通道的尺寸和形状以及其他参数，诸如整体材料的导电率，影响该轴向压力的大小。

当有限表面的所有部分都经历未改变的真空时，本发明的实施方式可以配置为产生净轴向压力。在其他实施方式中，有限体积的表面的其他部分不需要经历未改变的真空，如默认边界条件的真空所限定的。通常，整体材料可以以如下方式配置：其中在整体材料的一个增量表面元件附近的介质的零点能不等于在整体材料的另一增量表面元件附近的介质的零点能。零点能的这种差异可导致所述表面上应力的差异。根据本发明，当在整体材料的整个表面上集成时，应力的这种差异可以产生对所述表面封闭的整体材料的体积的净力。

可以使用本领域内已知的方法计算装置单元的特定几何形状和尺寸的轴向压力的大小和方向。例如，已经开发出了这种方法来计算任意几何形状之间的卡西米尔相互作用。这些算法可适用于本发明的范围中或之内提供的几何形状的类型。对于特定应用的实施方式的适合几何形状和尺寸可以使用标准优化技术发现。

存在这类装置的多种应用。例如，轴向压力可以被用于做机械功，其可以通过发电机被转化为电能。本发明的实施方式还可以被认为用于涉及零点能的泵送的应用。考虑了其中描绘的装置形成两个以其它方式分离的容器之间的界面的场景。在这类情况中，本发明的实施方式可以用于降低第一容器中的零点能和并在第二容器中相应增加该零点能。第一和第二容器假设为在尺寸上是有限的，并且假设为初始处于默认边界条件下，即在第一和第二容器中的零点能初始基本上等于自由空间的零点能。随着时间推移，本发明的实施方式将减少第一容器中的零点能，而相应地增加第二容器中的零点能。最终，达到新的稳态配置，其中在任意容器中的零点能在时间上近似恒定。

配置为与量子真空相互作用的过滤装置具有多种应用。例如，这类过滤装置可以配置为通过与虚拟粒子的整体流动相互作用和诱导该整体流动而产生推力。比如，这类实施方式可以以与图12和图13中所示的实施方式类似的方式配置，其中介质1046是真空，而不是气体。因此，这类发动机可以配置为在空间真空中产生推力。本发明的实施方式因此可以用于为航天器或火箭提供动力或推进航天器或火箭。例如，在这类应用中，可以安装过滤装置，代替航天器或火箭上的常规的化学火箭。如在图12的上下文中所讨论的，平移进气道中心体，诸如平移进气道中心体3022，可以被用于调节虚拟粒子通过发动机的流速。整体材料3001可以以与所讨论的与虚拟粒子相互作用的过滤装置的整体材料类似的方式配置。在其他实施方式中，可以使用不同类型的阀或流动调节器来调节虚拟粒子或气体分子通过通道3002的流速或扩散速率。例如，出口3009可以包括可移动的喷嘴，当沿中心轴观察时其可以限制横截面面积。

还可以将与量子真空或任何其他类型的介质相互作用的过滤装置安装在发电机的旋转轴上，并对该轴施加扭矩。因此，过滤装置可以被用于使该轴转动并向发电机施加动力，其可以将动力转化为电力。在这类配置中，过滤装置可以执行与风力涡轮上涡轮叶片相同的功能并可以与风力涡轮上涡轮叶片类似地排布。过滤装置的法线或Y轴可以配置为垂直于OI相对于过滤装置的局部流动。注意，过滤装置可以产生推力或向发电机递送动力，即使当不存在净整体流动或不存在风时。

与量子真空相互作用的过滤装置还可以被封闭在保护外壳中。例如，该外壳可以关闭进口3003和出口3009。该外壳配置为比整体材料3001对虚拟粒子更大程度透明，使得虚拟粒子依然可以移动通过保护外壳。该外壳可以配置为阻止或减少过滤装置的单独通道被其他物体，诸如空气分子、灰尘颗粒或气溶胶污染或阻塞。外壳材料可以是具有上述性质的任何材料。例如，外壳材料可以是玻璃纤维或对电磁辐射具有高透过率的任何其他材料。外壳材料还可以是金属，条件是虚拟粒子通过外壳的金属的透过率大于虚拟粒子通过过滤装置的整体材料(诸如整体材料3041)的透过率。

图14是在电源供应中本发明的实施方式的应用的横截面视图。

过滤装置3153嵌入在导体3151内并配置为与作为目标物体的电子相互作用。与导体3151的整体材料3152相比，过滤装置的整体材料3178可以是具有更低电导率的材料，即其中主要是电子移动的介质。如放大图3167所示的，过滤装置包括串联排布的过滤装置的若干层，诸如层3171或层3168，其中每层包括以与图11中所示的过滤装置类似的方式配置的过滤装置，其中每层包括通道，诸如通道1028。在其他实施方式中，层(诸如层3171)中的过滤装置可以以图1-10的上下文中描述的方式配置。例如，在这类层中，对于动态边界条件，第一过滤装置或过滤系统的第二容器可以与位于第一过滤装置的下游的第二过滤装置的第一容器相同。在一些实施方式中，电导体3151可以包括液体，诸如电解质，其可以包括杂质，诸如电绝缘颗粒，其中杂质对应于过滤的物体，诸如图10A中的过滤的物体136。在一些实施方式中，电荷载流子可以还包括离子，诸如锂离子或钠离子，其配置为扩散通过气体、液体或固体介质，并通过过滤装置。对于动态边界条件，电子的整体流动1040的方向在正X方向上，朝向该页的右侧。

过滤装置3150可以被认为是电流源，和电触点3154和3157可以被认为形成电流源的端子。过滤装置3150还可以被认为是电池。电流源的能量——即用于电子流动或在电流源的端子处聚集电子，由电子和与电子热接触的任何材料(诸如，导体3151的整体材料3152)的热能提供。注意，整体材料3152与整体材料3152内包含的电子通过声子-电子碰撞(即电子和整体材料3152的晶格的原子之间的碰撞)而处于热接触。电触点通过电导体连接至导体，诸如电导体3158、3159，和触点3155和3156。

在所示的特定应用中，例如，存在开关3161，其也可以使用脉冲宽度调制用于调节电流源的电流流动。在一些实施方式中，开关3161包括晶体管或适合用于调制或调节电流或电压的其他电子器件。

在静态边界条件下，即当开关3161处于打开位置时，由于过滤装置的作用，在测量点3184和触点3156处比测量点3181和触点3155存在更大的电子浓度。在过滤装置内，测量点3183处的电子浓度大于测量点3182处的浓度。这是由于电子通过正X方向上的过滤装置的通道从测量点3182扩散至测量点3183的高透过率，以及电子从测量点3183扩散至测量点3182的相当低的透过率，如在图14的上下文中所讨论的。因此，跨越开路端子存在电压差“V”。

在动态边界条件下，电路是闭合的并且允许电子通过流动负载(load)3162。例如，负载3162可以是电阻、计算机、智能电话或标称消耗电力的其他器件。在所示实施方式中，负载3162是电动机3165，其配置为做机械功。由于与通过导体的电子的整体流动相关联的能量由电子的热能提供，因此需要补充热能，用于连续稳态操作。由于在负载3162中，电子做外部功，即对环境做功，所以已经流动通过负载3162的电子的温度低于对应静态边界条件的测量点3181处的标称温度。可以通过热交换器3163增强电子热能的补充，在描绘的实施方式中，热交换器3163包括若干金属板3166，其配置为从环境(诸如大气或热交换器3163所处的房间)提取热。例如，热交换器3163可以经由传导、强制或自然对流、或热辐射从环境回收热能。

在一些实施方式中，负载3162和热交换器3163是相同的。例如，考虑了其中电子对环境不做功并且没有能量从环境转移至电路的简化场景，反之亦然。例如，在该示例中，负载电阻可以是热绝缘的。电路内的电子可以被认为是独立的系统。在该系统中，从测量点3181扩散至测量点3184的电子将经历温度降低和电势能增加。在测量点3184处的较高电势能是由于在测量点3184处比在测量点3181处更高的电子浓度。换句话说，电子的热能被转化为电势能。当电子随后通过负载电阻从测量点3184流动至测量点3181时，由于焦耳加热，电势能被转化为热能。该热能在负载电阻中和在测量点3181处经由热传导返回至电子。在该简化示例中，在稳态中，以焦耳加热的形式由电子转移至负载电阻的每单位时间的电势能全部被经由热传导返回至电子。在该简化示例中，因此，包括过滤装置3151的电路将包括有限的电流，其将继续以稳态连续流动。

注意，在一些实施方式中，电子从测量点3181到较大电子浓度和较大电势能的测量点3184的扩散不是绝热的，并且热能将在测量点3184处从电路的其他部分(诸如负载电阻)传导至电子。例如，热能可以经由导体3159或导体3154传导。在一些实施方式中，与测量点3181处相比，在测量点3184处的电子浓度的增加是等温过程，而不是前述简化示例中讨论的绝热过程。然而，一般原理保持不变。

图15是穿过本发明的示例实施方式诸如图12中所示的示例实施方式的空气的压力值3302相对比容3301的曲线。

曲线3300中的热力学循环显示了第一点3303、第二点3304、第三点3305和第四点3306。第五点和第一点重合。在绝热压缩3307之后，自由流条件3303下的气体遇到根据本发明配置的过滤装置，在过滤装置内气体被等温压缩，如通过虚线3308所示的。注意，在该特定示例中，该等温压缩被动发生，并且不从气体提取功或递送功至气体。气体随后绝热膨胀3309。在测量点3306，气体被排入自由流压力下的自由流。在自由流中，气体被等压加热3310。气体在测量点3306处比在测量点3303处更冷，并且通过冷却气体产生的净机械功是绝热膨胀3309和绝热压缩3307的功的差。

对于实施方式的子集，测量点3303、3304、3305和3306可以被认为分别对应于图12中的测量点3012、3014、3015和3017。

本领域普通技术人员可以容易地构造其他热力学循环，例如封闭循环或涉及等容或等温压缩或膨胀而不是绝热压缩或膨胀的循环，其采用根据本发明配置的过滤装置。该循环的压力值是任意的，并且出于说明目的而选择，并不旨在限制本发明的范围。

发明的方面

本发明进一步由以下方面限定。

方面1.过滤装置，其中过滤装置包括：通道系统，其中通道系统配置为与介质中的目标物体相互作用，相互作用的方式为在第一方向上目标物体的透过率的分量大于在第二方向上相同目标物体的透过率的分量，其中相比在面向第二方向的过滤表面的一侧上的有效孔径相比，在面向第一方向的过滤表面的一侧上的较小有效孔径提供透过率的差异，其中通过过滤装置内的通道系统的几何形状提供有效孔径的差异。

方面2.根据方面1的过滤装置，其中介质可以是固体或流体，诸如气体、液体或等离子。

方面3.根据方面1的过滤装置，其中目标物体集包括原子、分子、灰尘粒子、气溶胶、带电粒子，诸如质子、电子或带正电或带负电的离子。

方面4.根据方面1的过滤装置，其中物体集可以包括波或波状粒子，诸如光子、声子、电子或声波。

方面5.根据方面1的过滤装置，其中目标物体集可以包括虚拟粒子，诸如虚拟光子、虚拟电子或虚拟正电子。

方面6.根据方面1至5中任一项的过滤装置，其用于优先传递目标物体，其中过滤装置包括：通道系统，其包括至少一个通道；设置在通道系统内的通道，其从第一容器处的至少一个第一开口延伸至第二容器处的至少一个第二开口，并促进目标物体通过通道从第一容器扩散到第二容器；设置在通道内的减小横截面面积的区域，其中横截面面积沿通道的长度观察；并且其中垂直于通道的长度测量减小横截面面积的最小特征宽度，并且所述最小特征宽度小于该位置处目标物体的平均自由程的1000倍；设置在通道内的第一梯度区段，其中第一梯度区段在第一容器的方向上从减小横截面面积的区域向增加横截面面积的区域延伸；和设置在通道内的第二梯度区段，其中第二梯度区段在第二容器的方向上从减小横截面面积的区域向增加横截面面积的区域延伸，并且其中第二梯度区段中的每单位长度通道的通道横截面面积的增加小于第一梯度区段中的每单位长度通道的通道横截面面积的增加。

方面7.根据方面6的过滤装置，其中目标物体和过滤装置的通道系统或力场的内部边界表面之间的至少部分相互作用包括或可以描述为漫反射或散射事件。

方面8.根据方面7的过滤装置，其中目标物体和过滤装置的通道系统或力场的内部边界表面之间的大部分相互作用包括或可以描述为漫反射或散射事件。

方面9.根据方面6的过滤装置，其中目标物体和过滤装置的通道系统或力场的内部边界表面之间的至少部分相互作用包括或可以描述为镜面反射。

方面10.根据方面9的过滤装置，其中目标物体和过滤装置的通道系统或力场的内部边界表面之间的大部分相互作用包括或可以描述为镜面反射。

方面11.根据方面6的过滤装置，其中减小横截面面积的区域包括恒定横截面面积的通道。

方面12.根据方面6的过滤装置，其中第一梯度区段中的每单位长度通道的通道横截面面积的增加是无限的。

方面13.根据方面6的过滤装置，其中第一梯度区段中的每单位长度通道的通道横截面面积的增加是有限的。

方面14.根据方面6的过滤装置，其中沿通道的长度第二梯度区段的长度大于相邻容器中目标物体的平均自由程的千分之一。

方面15.根据方面14的过滤装置，其中沿通道的长度第二梯度区段的长度大于相邻容器中目标物体的平均自由程的1000倍。

方面16.根据方面6的过滤装置，其中面向第一容器与第一开口相邻的过滤装置的表面的表面法线指向远离第一开口。

方面17.根据方面6的过滤装置，其中减小横截面面积的宽度小于目标物体的碰撞直径的100倍。

方面18.根据方面17的过滤装置，其中减小横截面面积的宽度小于目标物体的碰撞直径的5倍。

方面19.根据方面17的过滤装置，其中减小横截面面积的宽度小于目标物体的碰撞直径的2倍。

方面20.根据方面6的过滤装置，其中第二梯度区段可以包括沿通道的长度的恒定横截面面积的区段，其中沿通道的长度的恒定横截面面积的至少一个区段的宽度小于通道内目标物体的平均自由程的1000倍。

方面21.根据方面21的过滤装置，其中沿通道的长度的恒定横截面面积的区段的长度小于通道内目标物体的平均自由程的1000倍。

方面22.根据方面6的过滤装置，其中第一梯度区段可以包括沿通道的长度的恒定横截面面积的区段。

方面23.根据方面6的过滤装置，其中第一和第二容器是相同的。

方面24.根据方面6的过滤装置，其中通道系统中相邻的通道平行且以平面阵列排布，过滤装置由此包括过滤表面。

方面25.根据方面24的过滤装置，其中相邻过滤表面串联排布，过滤装置由此包括过滤表面的层，其中层顺序定位在第一和第二容器之间。

方面226.根据方面25的过滤装置，其中通道系统中的相邻通道串联排布。

方面26.根据方面6至25和226中任一项的过滤装置，其中过滤装置包括多孔整体材料，其中目标物体可接近的多孔材料内的区域提供给互相连接的网络，和其中单个通道描述对于过滤装置内给定位置第一和第二容器之间的目标物体通过过滤装置的最短路径，通道由此形成通道系统。

方面27.根据方面26的过滤装置，其中过滤表面，诸如过滤板或过滤膜，位于多孔整体材料和第一容器之间。

方面28.根据方面27的过滤装置，其中过滤表面的通道的宽度小于多孔整体材料中通道的平均宽度，从过滤表面到多孔整体材料的转变由此形成第二梯度区段。

方面29.根据方面27的过滤装置，其中过滤表面包括以平面方式平行排布的若干通道。

方面30.根据方面29的过滤装置，其中通道沿通道的长度具有基本上恒定的横截面面积。

方面31.根据方面29的过滤装置，其中沿通道的长度的通道的横截面面积在第二容器的方向上增加，由此在过滤表面内形成第二梯度区段。

方面32.根据方面27的过滤装置，其中多孔整体材料中的通道的平均宽度在整个多孔整体材料中是恒定的。

方面33.根据方面26的过滤装置，其中过滤表面位于多孔整体材料和第二容器之间。

方面34.根据方面33的过滤装置，其中过滤表面的通道的宽度大于多孔整体材料中的通道的平均宽度，从多孔整体材料到过滤表面的转变由此形成第二梯度区段。

方面35.根据方面33的过滤装置，其中过滤表面包括以平面方式平行排布的若干通道。

方面36.根据方面35的过滤装置，其中通道沿通道的长度具有基本上恒定的横截面面积。

方面37.根据方面35的过滤装置，其中沿通道的长度的通道的横截面面积在第二容器的方向上增加，由此在过滤表面内形成第二梯度区段。

方面38.根据方面33的过滤装置，其中多孔整体材料中通道的平均宽度在整个多孔整体材料内近似恒定。

方面39.根据方面26的过滤装置，其中多孔整体材料中的通道的平均宽度在第二容器的方向上贯穿多孔整体材料的至少一部分增加，由此在多孔整体材料内形成第二梯度区段。

方面40.根据方面6至25和226中任一项的过滤装置，其中过滤装置包括包含过滤的物体的内部区域，其中目标物体可接近的内部区域内的体积的部分提供通道系统，和其中单个通道描述对于内部区域内给定位置第一和第二容器之间的目标物体通过内部区域的最短路径。

方面41.根据方面40的过滤装置，其中过滤的物体至少部分被彻体力产生系统包含，其中彻体力产生系统配置为产生场，在该场内力作用于过滤的物体上。

方面42.根据方面41的过滤装置，其中作用于过滤的物体的每单位质量的彻体力在性质上是电的。

方面43.根据方面42的过滤装置，其中每单位质量彻体力产生装置包括电荷的收集器。

方面44.根据方面42的过滤装置，其中过滤的物体携带净电荷。

方面45.根据方面42的过滤装置，其中过滤的物体携带感应或永久电偶极子。方面46.根据方面41的过滤装置，其中作用于过滤的物体的每单位质量的彻体力在性质上是磁的。

方面47.根据方面46的过滤装置，其中每单位质量彻体力产生装置包括永久磁体。

方面48.根据方面46的过滤装置，其中每单位质量彻体力产生装置包括携带电流的导体，其配置为产生作用于过滤的物体的磁场和磁力。

方面49.根据方面48的过滤装置，其中导体是超导的。

方面50.根据方面46的过滤装置，其中过滤的物体携带永久或感应磁偶极子。

方面51.根据方面41的过滤装置，其中作用于过滤的物体的每单位质量的彻体力在性质上是重力的或惯性的。

方面52.根据方面51的过滤装置，其中过滤的物体在恒压下的比热容与目标物体在恒压下的比热容不同。

方面53.根据方面40的过滤装置，其中过滤的物体至少部分被过滤膜、过滤表面或过滤板包含。

方面54.根据方面53的过滤装置，其中过滤表面位于内部区域和第一容器之间，并且配置为减少过滤的物体从内部区域穿过进入第一容器。

方面55.根据方面54的过滤装置，其中过滤表面的通道的宽度小于内部区域中通道的平均宽度，从过滤表面到内部区域的转变由此形成第二梯度区段。

方面56.根据方面54的过滤装置，其中过滤表面包括以平面方式平行排布的若干通道。

方面57.根据方面56的过滤装置，其中通道沿通道的长度具有基本上恒定的横截面面积。

方面58.根据方面56的过滤装置，其中沿通道的长度的通道的横截面面积在第二容器的方向上增加，由此在过滤表面内形成第二梯度区段。

方面59.根据方面54的过滤装置，其中内部容器中通道的平均宽度在整个内部区域中是恒定的。

方面60.根据方面53的过滤装置，其中过滤表面位于内部区域和第二容器之间，并且配置为减少过滤的物体从内部区域穿过进入第二容器。

方面61.根据方面60的过滤装置，其中过滤表面的通道的宽度大于内部区域中通道的平均宽度，从内部区域到过滤表面的转变由此形成第二梯度区段。

方面62.根据方面61的过滤装置，其中过滤表面包括指向朝向内部区域的若干突出，其中突出之间的间隔配置为减小从内部区域到第二容器的过滤的物体的流速。

方面63.根据方面60的过滤装置，其中过滤表面包括以平面方式平行排布的若干通道。

方面64.根据方面63的过滤装置，其中通道沿通道的长度具有基本上恒定的横截面面积。

方面65.根据方面63的过滤装置，其中沿通道的长度的通道的横截面面积在第二容器方向上增加，由此在过滤表面内形成第二梯度区段。

方面66.根据方面60的过滤装置，其中内部区域中通道的平均宽度在整个内部区域中是恒定的。

方面67.根据方面40的过滤装置，其中内部区域中通道的平均宽度在第二容器的方向上贯穿内部区域的至少部分增加，由此在内部区域内形成第二梯度区段。

方面68.根据方面6至25和226中任一项的过滤装置，其中第一通道开口和第二通道开口通过单个连续的通道专有地扩散地连接。

方面69.根据方面68的过滤装置，其中通道设置在整体材料内。

方面70.根据方面6至25和226中任一项的过滤装置，其中过滤装置包括第一过滤器表面、过滤膜或过滤板和至少第二过滤器表面，其中第一过滤器表面包括指向朝向第一容器的第一表面和指向朝向第二容器的第二表面，和其中第二过滤器表面包括指向朝向第一容器的第一表面和指向朝向第二容器的第二表面，其中第一过滤器表面的第二表面和第二过滤器表面的第一表面彼此面对，由此形成内部体积，和其中这两个表面之间的分隔距离小于该位置处目标物体的平均自由程的1000倍，其中过滤表面内的通道和内部体积形成通道系统。

方面71.根据方面70的过滤装置，其中第二过滤表面的通道的宽度大于第一过滤表面中的通道的宽度，从内部体积通过第二过滤表面中的通道并进入相邻的体积或容器的转变由此形成第二梯度区段。

方面72.根据方面70的过滤装置，其中第一过滤器表面的第二表面和第二过滤器表面的第一表面之间的分隔距离大于第一过滤表面中的通道的宽度，从第一过滤表面中的通道到内部体积的转变由此形成第二梯度区段。

方面73.根据方面70的过滤装置，其中第一过滤器表面的第二表面和第二过滤器表面的第一表面之间的分隔距离小于第二过滤表面中的通道的宽度，从内部体积到第二过滤表面中的通道的转变由此形成第二梯度区段。

方面74.根据方面70的过滤装置，其中第一或第二过滤表面包括以平面方式平行排布的若干通道。

方面75.根据方面74的过滤装置，其中通道沿通道的长度具有基本上恒定的横截面面积。

方面76.根据方面74的过滤装置，其中沿通道的长度的通道的横截面面积在第二容器的方向上增加，由此在过滤表面内形成第二梯度区段。

方面77.根据方面70至76中任一项的过滤装置，其中目标物体和过滤表面之间的相互作用包括漫反射。

方面78.力产生系统，其包括过滤装置，诸如方面1至77中任一项的过滤装置，其中过滤装置配置为诱导目标物体的整体流动，其中得到的力作用于过滤装置。

方面79.根据方面78的力产生系统，其中力产生系统机械地连接至航天器。

方面80.根据方面80的力产生系统，其中目标物体是虚拟粒子，诸如虚拟光子、虚拟电子或虚拟正电子。

方面81.根据方面78的力产生系统，其中力产生系统机械地连接至飞机。

方面82.根据方面81的力产生系统，其中目标物体是空气分子。

方面83.根据方面82的力产生系统，其中目标物体是虚拟粒子，诸如虚拟光子、虚拟电子或虚拟正电子。

方面84.根据方面78的力产生系统，其中力产生系统机械地连接至船。

方面85.根据方面84的力产生系统，其中目标物体是水分子。

方面86.根据方面84的力产生系统，其中目标物体是空气分子。

方面87.根据方面84的力产生系统，其中目标物体是虚拟粒子，诸如虚拟光子、虚拟电子或虚拟正电子。

方面88.根据方面78的力产生系统，其中力产生系统机械地连接至陆地交通工具。

方面89.根据方面88的力产生系统，其中目标物体是空气分子。

方面90.根据方面88的力产生系统，其中目标物体是虚拟粒子，诸如虚拟光子、虚拟电子或虚拟正电子。

方面91.根据方面78的力产生系统，其中力产生系统机械地连接至发电机的驱动轴，其中发电机配置为将力产生系统的运动的机械功转化为电力。

方面92.根据方面78的力产生系统，其中力产生系统还包括外壳装置和阀，其中外壳装置封闭阀和过滤装置之间的体积，其中阀配置为调节目标物体通过过滤装置的整体流速，并由此调节作用于过滤装置的净力。

方面93.根据方面78的力产生系统，其中由于作用于整体流动的力和整体流动的运动而施加至整体流动的至少部分动力由目标物体的热能提供。

方面94.根据方面78和方面93的力产生系统，其中目标物体是电子，其中力产生系统向电子施加力，和其中电子的整体流动形成电流，和其中力产生系统是电流源的部分。

方面95.根据方面94的力产生系统，其中电流源还包括热交换器。

方面96.根据方面95的力产生系统，其中热交换器配置为从环境吸收热并将热转移至与过滤装置相互作用的电子。

方面97.根据方面94的力产生系统，其中电流源还包括电压或电流调节器，诸如开关或可变电阻，其中电压或电流调节器可以用于调节电流流速。

方面98.浓度修改系统，其包括：过滤装置，诸如方面1至97中任一项的过滤装置；和外壳装置，其中外壳装置配置为包含位于过滤装置的至少一侧上的内部体积中的至少部分目标物体，和其中过滤装置配置为诱导内部体积中的目标物体的浓度相对于过滤装置的另一侧上的目标物体的浓度的差。

方面99.根据方面98的浓度修改系统，其中目标物体是虚拟粒子，诸如虚拟光子、虚拟电子或虚拟正电子。

方面100.根据方面99的浓度修改系统，其中浓度差与量子真空的零点能的差相关联。

方面101.根据方面98的浓度修改系统，其中目标物体电子。

方面102.根据方面101的浓度修改系统，其中浓度差与电压差相关联。

方面103.根据方面98的浓度修改系统，其中目标物体是流体的原子，诸如液体、气体或等离子。

方面104.根据方面103的浓度修改系统，其中浓度差与压力差相关联。

方面105.从第一容器到第二容器传递目标物体的方法，其包括：提供根据方面1至77中任一项的过滤装置，其中目标物体能够通过过滤装置从第一容器扩散至第二容器。

方面106.根据方面105的从第一容器到第二容器传递目标物体的方法，其包括产生通过过滤装置的目标物体的整体流动。

方面107.根据方面106的从第一容器到第二容器传递目标物体的方法，其中整体流动从第一容器进入第二容器。

方面108.根据方面105的从第一容器到第二容器传递目标物体的方法，其包括在第一容器和第二容器之间产生目标物体的浓度差。

方面109.根据方面108的从第一容器到第二容器传递目标物体的方法，其中第二容器中的目标物体的浓度大于第一容器中的浓度。

方面110.包括两个或更多个根据方面1至77中任一项的过滤装置的系统。

方面111.根据方面110的系统，其中系统包括根据方面1至77中任一项的过滤装置的平面阵列。

方面112.根据方面111的系统，其中系统包括多个平面阵列，其中平面阵列中至少一个设置在与另一个平面阵列正交的方向上。

方面113.根据方面110至112中任一项的系统，进一步包括串联连接的两个或更多个过滤装置。

方面114.根据方面110至113中任一项的系统，其中第一过滤装置的第二开口扩散地连接至分隔体积，其中分隔体积扩散地连接至第二过滤装置的第一开口。

方面115.从第一容器到第二容器传递目标物体的方法，其包括提供根据方面110至114中任一项的系统。

方面116.根据方面115的从第一容器到第二容器传递目标物体的方法，其包括产生通过过滤装置的目标物体的整体流动。

方面117.根据方面116的从第一容器到第二容器传递目标物体的方法，其中整体流动从第一容器进入第二容器。

方面118.根据方面115的从第一容器到第二容器传递目标物体的方法，其包括在第一容器和第二容器之间产生目标物体的浓度差。

方面119.根据方面118的从第一容器到第二容器传递目标物体的方法，其中第二容器中的目标物体的浓度大于第一容器中的浓度。

方面120.产生目标物体的整体流动和产生得到的力的方法，其包括：提供方面78至97中任一项的力产生系统。

方面121.浓缩目标物体的方法，其包括提供方面98至104中任一项的浓度修改系统。

方面122.根据方面1至5中任一项的过滤装置，其中通道系统包括至少一个通道，其配置为促进目标物体从第一容器到第二容器的扩散，其中通道包括：到第一容器的第一开口；到第二容器的第二开口；和沿通道的长度测量的减小横截面面积的区域，其中减小横截面面积的区域将面向第一容器的第一梯度区段与面向第二容器的第二梯度区段扩散地连接，和其中相对于第二梯度区段中减小横截面面积的区域，每单位长度通道的通道横截面面积的增加小于相对于第一梯度区段中相同的减小横截面面积的区域，每单位长度通道的通道横截面面积的对应增加，和其中减小横截面面积的最小特征宽度小于相邻容器中目标物体的平均自由程的1000倍。

方面123.根据方面6至25和226中任一项的过滤装置，其中目标物体和通道系统的边界之间的至少部分相互作用包括漫反射或散射事件。

方面124.根据方面123的过滤装置，其中目标物体和通道系统的边界之间的大部分相互作用包括漫反射或散射事件。

方面125.根据方面6至25和226中任一项的过滤装置，其中目标物体和通道系统的边界之间的大部分相互作用包括镜面反射或不包括散射事件。

方面126.根据方面6至25和226中任一项的过滤装置，其中在第一梯度区段中的每单位长度通道的通道横截面面积的增加是无限的。

方面127.根据方面6至25和226中任一项的过滤装置，其中第一或第二梯度区段可以包括沿通道的长度的恒定横截面面积的区段，其中沿通道的长度的恒定横截面面积的至少一个区段的特征宽度小于通道内目标物体的平均自由程的1000倍。

方面128.根据方面6至25和226中任一项的过滤装置，其中通道设置在整体材料内，和将一个第一开口专有地扩散地连接至一个第二开口。

方面129.根据方面6至25和226中任一项的过滤装置，其中通道的至少部分设置在包括过滤的物体的内部区域内，其中通道描述对于过滤装置内给定位置的第一和第二容器之间的目标物体通过过滤装置的最短路径，和其中通道包括内部区域内目标物体可接近的区域，和其中内部区域内的过滤的物体的浓度大于内部区域外过滤的物体的浓度。

方面130.根据方面129的过滤装置，其中过滤表面位于内部区域和第一容器之间。

方面131.根据方面130的过滤装置，其中过滤表面中的通道的特征宽度小于内部区域中通道的平均特征宽度，从过滤表面至内部区域的转变由此形成第二梯度区段。

方面132.根据方面130的过滤装置，其中沿通道的长度过滤表面中通道的横截面面积在第二容器的方向上增加，由此在过滤表面内形成第二梯度区段。

方面133.根据方面129的过滤装置，其中过滤表面位于内部区域和第二容器之间。

方面134.根据方面133的过滤装置，其中过滤表面中的通道的特征宽度大于内部区域中的通道的平均特征宽度，从内部区域到过滤表面的转变由此形成第二梯度区段。

方面135.根据方面133的过滤装置，其中沿通道的长度过滤表面中的通道的横截面面积在第二容器的方向上增加，由此在过滤表面内形成第二梯度区段。

方面136.根据方面129的过滤装置，其中在内部区域中的通道的平均宽度在第二容器的方向上贯穿内部区域的至少部分增加，由此在内部区域内形成第二梯度区段。

方面137.根据方面129的过滤装置，其中过滤的物体至少部分被力场包含，其中每单位质量的彻体力作用于过滤的物体的至少部分上，和其中力场由每单位质量的彻体力产生装置提供。

方面138.根据方面137的过滤装置，其中每单位质量的彻体力在性质上是电磁的。

方面139.根据方面137的过滤装置，其中每单位质量的彻体力在性质上是重力的或惯性的。

方面140.根据方面129的过滤装置，其中过滤的物体的至少部分经历相邻过滤的物体之间的吸引力，过滤的物体由此有助于多孔整体材料的整体，和其中通道包括多孔整体材料内目标物体可接近的区域。

方面141.根据方面6至25和226中任一项的过滤装置，其中通道的长度的部分垂直于相同通道的长度的另一部分。

方面142.根据方面6至25和226中任一项的过滤装置，其中目标物体包括原子、分子、灰尘颗粒、气溶胶、质子、电子、或带正电或带负电的离子、光子、声子、或声波、或前述中任意组合。

方面143.根据方面6至25和226中任一项的过滤装置，其中目标物体包括虚拟粒子、虚拟光子、虚拟电子或虚拟正电子、或其变化、或前述中任意组合。

方面144.根据方面6至25和226中任一项的过滤装置，其中通道系统包括通道的平面阵列。

方面145.包括两个或更多个根据方面6至25和226中任一项的过滤装置的系统。

方面146.根据方面145的系统，其中过滤装置中的至少一个与另一个过滤装置串联连接。

方面147.从第一容器优先传递目标物体到第二容器的方法，其包括：提供根据方面6至25和226中任一项的过滤装置，其中通道的第一开口扩散地连接至第一容器，和通道的第二开口扩散地连接至第二容器；和由此从第一容器优先传递目标物体至第二容器。

除非特别说明或从上下文中清楚看出，否则术语“或”在本文中等同于“和/或”。

本文所述的实施方式和方法仅旨在举例说明和图解本发明的原理。本发明可以以若干不同的方式来执行，并且不限于在本文中描述或在附图中描绘的示例、实施方式、排布、配置或操作方法。这也适用于仅描述或描绘一种实施方式的情况。本领域技术人员将能够设计出许多可选示例、实施方式、排布、配置或操作方法，尽管本文未示出或描述，但它们体现了本发明的原理，并因此在本发明的精神和范围内。