电子束辐照pet薄膜制备有序多孔阵列高分子模板

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1、电子束辐照PET薄膜制备有序多孔阵列高分子模板郝旭峰周瑞敏吴新锋周菲邓邦俊费舜廷（上海大学射线应用研究所上海201800）摘要本文用掩膜工艺电子束蚀刻技术产生具有潜影的聚酯（PET）薄膜，经强氧化液（浓硫酸与重铬酸钾的混合液）腐蚀，产生有序微米多孔阵列PET模板。讨论了辐照剂量、腐蚀时间以及腐蚀温度等因素对基膜蚀刻和腐蚀的影响。结果表明随着辐照剂量、腐蚀温度和腐蚀时间的增加，PET基膜更易被腐蚀。IR、DSC测量结果表明:辐照导致化学键的断裂、非晶化转变，是导致辐照PET薄膜的腐蚀失重率增加的原因。用此方法制备了孔径大小一致的微米级有序多孔阵列PET模板。关键词模板、

2、PET、掩膜、电子束蚀刻、腐蚀中图分类号O633.14O571.33Q691.2前言痕迹刻蚀高分子膜是一种可以批量生产的微孔膜，它是由核裂变碎片或重离子加速器轰击高分子膜，经化学试剂腐蚀痕迹处的裂解分子，形成的微/纳米孔道。通常这些孔呈圆柱形[1,2,3]，并与膜垂直，孔径一般为10nm至数十μm（孔密度可达109/cm2）。核孔膜已在分离技术中获得应用，核孔膜的孔径分布比其它高分子分离膜均匀，分离质量也好于后者，因此空气中微粒的分级技术广泛应用核孔膜。核孔膜还应用于核径迹防伪技术、制备纳米一维材料的模板和核孔膜复合型医用敷料等领域。但核裂变碎片或重离子轰击高分子膜所

3、产生的孔道是随机的，孔的分布成无序状，有的孔轴与膜面夹角可达30°，产生孔道交错现象，造成孔径的不均一性。电子束辐照高分子材料完全是无规行为，高分子材料的吸收剂量较均匀，故并无核裂变碎片或重离子轰击高分子膜时产生孔道的现象。我们用电子束辐照覆盖有多孔掩膜的PET薄膜，再用强氧化剂腐蚀辐照膜，利用辐照和未辐照高分子膜腐蚀速率的差别，在辐照区产生孔隙，最终得到机械性能优良和化学稳定的PET模板。通过机械和激光打孔法制备金属多孔掩膜，能控制孔的直径和排列，且孔道规整性好，孔轴与膜面无夹角，孔成有序状。再用掩膜工艺，通过电子束蚀刻和化学腐蚀，复制出小孔有序排列的多孔PET模板

4、。1.实验方法1.1材料和仪器PET薄膜(10μm，上海邦凯塑胶科技有限公司)；重铬酸钾(AR，国药集团化学试剂有限公司)、硫酸（AR，国药集团化学试剂有限公司）及其它试剂均为分析纯。实验仪器为2MeV电子加速器(上海先锋电机厂)，FT-IR(FTS175傅利叶红外光谱分析仪)，DSC(DSC200PC,NETZSCH)，钻孔机(TD-200型便携式台钻)。1.2实验过程将PET薄膜用2MeV电子束辐照至不同剂量，封袋待用。用电子分析天平称量重铬酸钾，加入已标定的硫酸溶液中，在室温下搅拌直到全部溶解，配成一定浓度的腐蚀液。先进行PET薄膜蚀刻的条件试验：将PET薄膜不

5、加掩膜辐照至各种剂量，取其少量用电子天平进行称量，放入锥形瓶中，加入恒定体积的腐蚀液后放入恒温槽中，在不同温度下进行腐蚀，温度控制在±1C°。腐蚀后进行水洗，干燥，用分析天平测量膜的失重，计算失重率，得到适合PET薄膜蚀刻的条件。用钻孔机在金属上打孔，孔径垂直于金属面，制成有序多孔阵列金属掩膜。将PET薄膜与金属掩膜复合用电子束辐照至不同剂量，经腐蚀液腐蚀后，获得有序多孔PET模板。图1是高分子模板制备工艺框图Pbmaske-beamIrradiatedPETmembraneOxidationPETtemplatePETmembrane图1高分子模板制备工艺框图Fig

6、.1SchematicdiagramofPETtemplatepreparation2.结果分析与讨论2.1实验条件选择以及数据分析2.1.1氧化剂的选定PET属于一种聚酯类聚合物，具有很好的化学稳定性。通过比较性实验，选用重铬酸钾的硫酸溶液[4]（硫酸浓度8mol/L,重铬酸钾浓度0.2379mol/L）作为氧化剂对PET进行腐蚀。2.1.2掩膜以及掩膜厚度的选择电子束的射程与其能量和物质密度有关[[5]。在电子束蚀刻PET膜的实验中，用金属铅作掩膜，经计算，2MeV电子在铅介质中的线射程约0.84mm。用Φ120μm钻头在2mm厚的铅板上钻规则排列的垂直微孔，电子

7、束通过掩膜上的微孔照射PET基膜，在薄膜中形成电子径迹损伤，薄膜经化学腐蚀、清洗等过程得到孔径和孔密度大小一致的PET模板。2.1.3PET薄膜蚀刻后的失重率PET薄膜经过氧化剂腐蚀后的失重率对于模板的研究非常重要。用重铬酸钾/硫酸溶液作氧化剂，测定了不同温度以及时间下不同辐照剂量的PET薄膜的失重率。根据蚀刻过程的机理，基膜腐蚀失重率的计算公式应为V=(W0-Wt)/W0式中，V为基体腐蚀失重率，W0、Wt分别为腐蚀前后的基膜质量。2.2不同腐蚀条件对辐照PET的失重率的影响2.2.1.腐蚀温度对辐照PET薄膜失重率的影响Fig.2Effectof