電子束蝕刻高分子薄膜制備微孔分離膜的研究.pdf

1、本文以機(jī)械鉆孔形成的微米多孔金屬膜為掩膜，以聚碳酸酯(PC)、聚酰亞胺(PI)為基膜，電子束通過(guò)掩膜上的小孔，輻照(蝕刻)高分子基膜，再用化學(xué)試劑腐蝕已蝕刻的高分子膜，利用輻照和未輻照高分子材料的腐蝕速率差異，制備出微孔高分子分離膜，孔徑為120μm。這種分離膜具有毛細(xì)管狀孔的篩網(wǎng)型結(jié)構(gòu)，孔軸平行并且垂直于分離膜的面，孔徑可調(diào)(由具有不同孔徑的掩膜決定)。 研究將在3個(gè)層面展開(kāi)：高分子膜的電子束蝕刻，輻照(蝕刻)膜的腐蝕，微孔分

2、離膜的制備。 高分子膜的電子束蝕刻實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，在電子束下直接輻照PC和PI薄膜，研究PC和PI薄膜的蝕刻情況。利用烏氏粘度計(jì)、DSC、紅外、紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)、原子力顯微鏡研究了PC和PI的分子量、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、分子結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能隨吸收劑量的變化。烏氏粘度法測(cè)得的結(jié)果表明PC膜經(jīng)電子束輻照，在一定輻照劑量范圍內(nèi)，分子量隨輻照劑量的增大而降低，說(shuō)明分子鏈發(fā)生了斷裂；同時(shí)DSC法測(cè)得的PC膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度也隨輻照劑量的增大而降

3、低，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和分子量有關(guān)，間接證明了分子量的變化；通過(guò)輻照動(dòng)力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)在我們的輻照劑量范圍內(nèi)，PC屬于輻照裂解型材料；通過(guò)紅外和紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)，分析了高分子材料的結(jié)構(gòu)變化，解釋了分子量變化的根本原因。我們通過(guò)后續(xù)研究證實(shí)高分子分子量的下降有利于對(duì)高分子的腐蝕。因?yàn)镻I很難溶解到溶劑中進(jìn)行分子量的測(cè)定，在這里只能通過(guò)紅外和紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)來(lái)分析結(jié)構(gòu)上的變化，從而說(shuō)明輻照PI的聚合度減小。力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明隨著輻照劑量的

4、增大PI膜的力學(xué)性能變化較小，PC膜的力學(xué)性能隨著輻照劑量的增大而發(fā)生較大變化。 在輻照(蝕刻)膜的腐蝕實(shí)驗(yàn)中，以重鉻酸鉀-濃硫酸強(qiáng)氧化性溶液以及氫氧化鈉對(duì)輻照PC和PI薄膜進(jìn)行腐蝕研究。實(shí)驗(yàn)選擇的工藝條件必須滿足：輻照薄膜和未輻照薄膜腐蝕失重率必須有一定的差異，輻照薄膜的腐蝕失重率盡可能大，而未輻照薄膜的腐蝕失重率盡可能小。通過(guò)失重率的變化甄選出高分子薄膜的最佳輻照吸收劑量、腐蝕劑、薄膜的腐蝕溫度和腐蝕時(shí)間等工藝條件，為制備微

5、孔分離膜創(chuàng)造基礎(chǔ)。用電子拉力機(jī)、原子力顯微鏡對(duì)PC和PI膜腐蝕前后的力學(xué)性能、表面形貌進(jìn)行了表征測(cè)試。在堿性腐蝕條件下，不同劑量輻照的PC或PI膜的腐蝕失重率相同，所以堿不適合作為制備微孔分離膜的腐蝕劑;在重鉻酸鉀-濃硫酸溶液中，隨著輻照劑量的增大、腐蝕時(shí)間的增加、腐蝕溫度的升高均會(huì)使其腐蝕失重率增大，所以選擇重鉻酸鉀-濃硫酸體系作為腐蝕劑。PC的最佳蝕刻和氧化腐蝕條件為：在0.2379mol/L K2Cr2O7、8.0mol/L H2

6、SO4的混合液中，輻照吸收劑量為900kGy，腐蝕溫度90℃，腐蝕時(shí)間15h；PI的最佳蝕刻和氧化腐蝕條件為：在0.2379mol/L K2Cr2O7、8.0mol/L，H2SO4的混合液中，輻照吸收劑量為600kGy，腐蝕溫度90℃，腐蝕時(shí)間10h。PI膜和PC膜的力學(xué)性能在腐蝕前后都沒(méi)有多大的變化，因?yàn)樗鼈兪欠蔷Ь酆衔铮g只在薄膜表面進(jìn)行。AFM測(cè)試表明：PC膜腐蝕前后的表面平整度都為300nm，PI膜腐蝕前后的表面平整度分別為1