Control of radial size of crosslinked polymer nanowire by ion beam and ray irradiation

イオンビームと線照射による架橋高分子ナノワイヤーの径制御

佃 諭志*; 麻野 敦資*; 杉本 雅樹; 出崎 亮; 関 修平*; 田中 俊一郎*

Tsukuda, Satoshi*; Asano, Atsushi*; Sugimoto, Masaki; Idesaki, Akira; Seki, Shu*; Tanaka, Shunichiro*

高分子薄膜に入射するイオンビームの飛跡に沿って生じる高濃度活性種により直径ナノオーダーの高分子架橋体を形成し、これを溶媒抽出してナノワイヤー化する単一粒子ナノ加工法では、その太さをイオンビームの線エネルギー付与(LET)により制御できる。このナノワイヤーを触媒材料へ応用するには、金属を内包させ直立構造に形成する必要があるが、現在イオン加速器で利用可能なLETの上限は約15,000ev/nmであり、直立構造を形成するために必要な太さのナノワイヤーが得られていない。そこで、ナノワイヤー径の制御範囲を拡張する方法として、イオン照射後に線照射を行う新たな方法を開発した。ポリスチレン薄膜にXe 450MeVを照射した後、不活性ガス雰囲気で1Gy/sの線を照射し、溶媒で未架橋部分を除去してナノワイヤーを作製したところ、線の吸収線量に伴ってナノワイヤーの半径が増大し、170kGyで線未照射試料に比べ約2倍に増大することが明らかになった。これは、架橋が不十分で溶媒で除去されていた外周部の分子鎖が、線照射による架橋で溶媒除去の際に溶け残るようになったためである。今後この方法を、金属元素を内包したセラミックス前駆体高分子材料へ適用し、ナノワイヤー触媒材料の作製を試みる予定である。

The nanowires based on polystyrene (PS) and polycarbosilane (PCS) were formed by 450 MeV Xe beam irradiation to their thin films. The nanowires, which formed by crosslinking reaction along the single ion path, can isolated by development procedures. This technique is sometimes called as single particle nanofabrication technique (SPNT). In this paper, tow step irradiation of ion beam and ray was carried out in order to control their radial sizes. The radial sizes of nanowires, based on PS and PCS were increased with the dose of ray. The change of radial sizes, which depended on the dose, was quantitatively measured, and we discussed in terms of radiation induced gel formation.