酸素中での大面積均一ビーム照射によるフッ素系高分子のイオン穿孔膜作製技術

Fabrication of ion track membrane of fluoropolymer by irradiation of a uniform beam in oxygen

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*

本研究では、イオン飛跡を飛跡の形成と同時に酸化させるというアイディアを基に、酸素中でイオンビーム照射を行う技術を開発し、穿孔形成挙動を検討した。酸素雰囲気下に設置した厚さ25mのポリフッ化ビニリデン(PVDF)に対し、高崎量子応用研究所TIARAのサイクロトロンに設置された大面積均一重イオンビーム形成・照射装置を用いて、520MeVのArビームを照射した。Arビームはビーム移送中にエネルギーが低下し、PVDF膜に達した際に330MeVとなる。従来手法である真空中での330MeV Arビーム照射も行い、孔径と官能基の変化を比較した。結果として、孔径については、酸素中照射の方が、エッチング開始から32時間までの初期過程で穿孔拡大速度が加速し、従来の真空照射では得られない直径500m以上の大きいサイズの孔径を作製できることがわかった。また官能基については、酸素中照射した膜において、酸素含有官能基の生成が優位に検出された。いずれも、イオントラック内部の酸化が起因し、酸素中で照射したことによって、分子鎖が切れて生成した活性種を消滅前に酸素と反応させることができた結果である。酸素中照射により積極的に飛跡内へ親水性官能基を導入することで、エッチング処理時に飛跡内への溶液の浸透が促進され、強酸化剤を添加することなく、効率的に穿孔が形成できることを示した。

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 AVF-cyclotron of the TIARA facility. The maximum etching rate was six times faster than that from the conventional method; furthermore, the maximum diameter of track-etched pores was more than twice as large as that in the conventional method. FT-IR results showed that more oxygen-containing functional groups were formed on the surface irradiated in an oxygen atmosphere. Those were both caused by oxidation of ion tracks and the oxidation of ion tracks widened the size of etchable ion tracks. This suggests that the irradiation in oxygen can provide a useful technique of an oxidant-free track-etching process.