PET核孔膜蝕刻因素影響研究.pdf

1、核孔膜是通過(guò)重離子照射薄膜后進(jìn)行化學(xué)蝕刻所得到的高性能新型材料。本論文在調(diào)研國(guó)內(nèi)外核孔膜制備以及應(yīng)用方面資料的基礎(chǔ)之上，明確了核孔膜的歷史和研究現(xiàn)狀。針對(duì)中國(guó)原子能科學(xué)研究院核物理技術(shù)應(yīng)用研發(fā)中心生產(chǎn)核孔膜的技術(shù)特點(diǎn)以及應(yīng)用范圍，建立了核孔膜孔型變化的數(shù)學(xué)模型，并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了孔型變化數(shù)學(xué)模型的適用性。系統(tǒng)討論了蝕刻因素對(duì)蝕刻速率的影響，首次建立了計(jì)算核孔膜孔徑與蝕刻濃度和溫度關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式，為生產(chǎn)高質(zhì)量的核孔膜提供了數(shù)據(jù)支持。討論了入射3

2、2S離子能量對(duì)蝕刻速率的影響，明確了形成圓柱形微孔的最佳輻照粒子能量。液氮環(huán)境下制備核孔膜的剖面樣品之后在掃描電子顯微鏡下觀察，對(duì)微孔孔道的內(nèi)部的信息進(jìn)行直觀描述。
　　本工作主要敘述了利用北京HI-13串列加速器提供束流，在室溫和低真空條件下對(duì)5層堆疊的PET膜進(jìn)行輻照，通過(guò)SRIM軟件計(jì)算得到輻照到每層膜上的初始能量以及離子路徑上的平均能量損失率。輻照后的薄膜在紫外燈下敏化3小時(shí)，用不同溫度和濃度的NaOH溶液進(jìn)行蝕刻。蝕刻過(guò)

3、程中通過(guò)電導(dǎo)法檢測(cè)蝕刻過(guò)程中的電流變化，根據(jù)電流變化的趨勢(shì)確定其“破孔時(shí)間”，得到徑跡蝕刻速率Vt。用稱(chēng)重法計(jì)算核孔膜的體蝕刻速率Vb。結(jié)果表明：蝕刻速率與蝕刻溫度呈指數(shù)相關(guān),隨蝕刻液濃度增加而線(xiàn)性增大；徑跡蝕刻速率隨能量損失率（離子能損）的增加而增大。研究確定，在入射32S能量為1.6MeV/u時(shí)，NaOH濃度為1mol/L、蝕刻溫度為85℃時(shí)最有利于形成圓柱形微孔。對(duì)核孔膜孔徑生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行理論推導(dǎo)，得到關(guān)于孔徑的經(jīng)驗(yàn)公式。根據(jù)公式計(jì)

4、算得到的數(shù)值與實(shí)驗(yàn)V得到的實(shí)際孔徑趨于一致。對(duì)核孔膜孔型變化過(guò)程進(jìn)行模擬,Vt/Vb值大的情況下微b孔由錐形擴(kuò)展為圓柱形，反之微孔由錐形擴(kuò)展為橢球面型。蝕刻不同時(shí)間后制備剖面樣品，觀察到了核孔膜蝕刻過(guò)程中微孔的形態(tài)變化。
　　核孔膜孔型生長(zhǎng)理論模型的建立以及核孔膜蝕刻速率影響因素的探討在指導(dǎo)PET核孔膜生產(chǎn)方面有重要意義。一方面可為離子束在新型材料的制備工藝中的應(yīng)用提供有價(jià)值的數(shù)據(jù)；另一方面可根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的蝕刻條件，得到預(yù)