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酸素中での重イオンビーム照射技術を用いたフッ素系高分子イオン穿孔膜の作製

Fabrication of ion-track-etched pores on fluoropolymer by heavy ion beam irradiation in an oxygen atmosphere

喜多村 茜; 八巻 徹也*; 百合 庸介*; 越川 博*; 澤田 真一*; 湯山 貴裕*

Kitamura, Akane; Yamaki, Tetsuya*; Yuri, Yosuke*; Koshikawa, Hiroshi*; Sawada, Shinichi*; Yuyama, Takahiro*

フッ素系高分子膜におけるイオン穿孔の作製技術は、材料自体の化学的安定性に阻まれているがゆえ、今日までにPVDF膜でしか成功されていない。しかもイオントラック形成後の化学エッチング処理時に、材料自体にも損傷を及ぼす非常に強い酸化剤を使用するため、イオン穿孔膜として使用できる強度が保たれていない。そこで我々は、イオントラックの酸化がエッチング溶液の導入を促すという先行研究の結果を基に、酸素中でイオンビームを照射することによって、イオントラック形成と同時にトラック内部も酸化させるアイディアを得た。本研究では、フッ素系高分子の中でも、素材自体を劣化させる強酸化剤を使用するものの、唯一イオントラックを溶出できる溶液が存在するPVDF膜を対象にイオン穿孔の作製を行った。酸素中でイオンビームを照射できる装置を開発・作製し、330MeVのArビームを照射した。本技術でPVDF膜に形成されたイオントラックは、通常の真空照射によって作製できる穿孔径の2倍もの大きさを有し、かつ6倍もの速さで作製できることがわかった。また、官能基の分析からも、酸素中での照射によって膜内に酸素含有官能基が生成することがわかった。これらの結果から、本技術を用いてイオントラックを形成すると同時に内部を酸化させることによって、強酸化剤を添加せずにPVDF膜のイオン穿孔を作製することが実現した。

Ion track membranes of polyvinylidene fluoride (PVDF) are produced by chemical etching using a strong oxidant in an alkali solution after irradiation with an ion beam in vacuum. The oxidant erodes not only ion tracks but also a pristine surface of PVDF. Therefore, it causes serious deterioration in the quality of PVDF membranes. We have developed a track etching technique without any oxidant by irradiation with an ion beam in an oxygen atmosphere. PVDF films were irradiated with 330-MeV Ar ions in an oxygen atmosphere using a uniform-beam formation/irradiation system developed at the TIARA AVF-cyclotron facility. The maximum etching rate resulting from the present method was six times faster than that from the conventional method; furthermore, the maximum diameter of track-etched pores with the present method was more than twice as large as that in the conventional method. This suggests that the irradiation in oxygen can provide a useful technique of an oxidant-free track-etching process.

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