Fluoropolymer-based nanostructured membranes created by swift-heavy-ion irradiation and their energy and environmental applications

重イオンビーム照射により作製したフッ素系高分子のナノ構造機能膜とエネルギー環境への応用

八巻 徹也*; Nuryanthi, N.*; 喜多村 茜; 越川 博*; 澤田 真一*; Voss, K.-O.*; Severin, D.*; Tautmann, C.*

Yamaki, Tetsuya*; Nuryanthi, N.*; Kitamura, Akane; Koshikawa, Hiroshi*; Sawada, Shinichi*; Voss, K.-O.*; Severin, D.*; Tautmann, C.*

フッ素系高分子膜(PVDF及びETFE)に直径数十から数百nmのイオントラックを作製し、化学エッチング処理によってイオン穿孔を、またグラフト重合によってイオン交換膜を作製する技術をそれぞれ開発した。PVDF膜におけるイオン穿孔膜に関しては、穿孔径がLETに依存することがわかり、高い精度で形状制御が可能であることを示した。また、グラフト重合によるETFEのイオン交換膜は燃料電池の電解質膜に適することを示した。このように我々が開発した技術は、水質管理や石油精製などのろ過技術、及び燃料電池の分野に貢献する。

We used individual single-ion tracks in fluoropolymers with diameters of tens to hundreds of nanometers; chemical etching and ion-track grafting enabled us to develop ion-track and proton-conductive membranes, respectively. In the ion-track membranes of PVDF, strongly-LET-dependent etching was found, so the pore shape as well as the size was exclusively controlled by the track structures. We performed the ion-track grafting of styrene into ETFE to develop nanostructure-controlled proton exchange membranes (PEMs) for applications in PEM fuel cells. Our ion beam technology to develop fluoropolymer-based nanostructures has the potential to apply in the field of filtration processes and fuel cell devices. This would make it possible to provide new microfiltration technology for water treatment, sterilization, petroleum refining and dairy processing.