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イオンビーム照射によるフッ素系高分子多孔膜の作製; イオン穿孔のサイズ・形状制御

Preparation of fluoropolymer-based porous membranes by ion beam irradiation; Size and shape control of track-etched pores

八巻 徹也; Nuryanthi, N.; 越川 博; 澤田 真一; 長谷川 伸; 浅野 雅春; 前川 康成; Voss, K.-O.*; Trautmann, C.*; Neumann, R.*

Yamaki, Tetsuya; Nuryanthi, N.; Koshikawa, Hiroshi; Sawada, Shinichi; Hasegawa, Shin; Asano, Masaharu; Maekawa, Yasunari; Voss, K.-O.*; Trautmann, C.*; Neumann, R.*

本研究では、イオンによるエネルギー付与の大きさを計算によりあらかじめ予測し、その変化を利用してポリフッ化ビニリデン(PVDF)イオン穿孔膜における孔のサイズ,形状の制御を試みた。厚さ25あるいは100$$mu$$mのPVDF膜に対し、2.2GeV$$^{197}$$Au, 450MeV$$^{129}$$Xeイオンを照射した。80$$^{circ}$$C, 9M KOH水溶液による48時間の化学エッチングで得られる穿孔は、線エネルギー付与(LET)の大小に大きく依存し、$$^{129}$$Xeよりも$$^{197}$$Auの方が約1.6倍大きかった。TRIMコードによる計算結果によると、$$^{197}$$AuイオンによるLETは、深さ100$$mu$$mで約20MeV/$$mu$$mであるのに対し、それより深部ではビームエネルギーが失われるとともに減少し、深さ約130$$mu$$mでゼロとなる。このLETの急激な変化を利用するため、100$$mu$$m, 25$$mu$$m厚の順にPVDF膜を一枚ずつ重ねて$$^{197}$$Auイオンを照射し、2枚目(すなわち25$$mu$$m厚)の膜に対して化学エッチングを施した。こうして得られたイオン穿孔膜の表面,裏面における直径はそれぞれ232$$pm$$14nm, 117$$pm$$14nmとなったことから、LETの差により両面でサイズの違う円錐状の穿孔が作製できることが明らかになった。

Poly(vinylidene fluoride) (PVDF) membranes with conical and cylindrical nanopores were prepared in a controlled manner by the ion-track technique, which involved heavy ion beam irradiation and subsequent alkaline etching. The etching behavior mainly depended on the energy deposition of the ion beams, and thus its depth distribution, estimated by theoretical simulation, was successfully applied to control the shapes and diameters of the etched pores. Scanning electron microscopy (SEM) and electrolytic conductometry provided an insight into the critical experimental parameters.

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