МІКРО- І Нанопористий СТРУКТУРИ, ПОЛУЧАЕМИЕВ полімерів ЗА ДОПОМОГОЮ ПУЧКІВ прискореного ВАЖКИХ ІОНІВ
П.Ю. Апель, Б.Н.Гікал, С.Н. Дмитрієв
Лабораторія ядерних реакцій імені Г.Н.Флерова, Об'єднаний інститут ядерних досліджень, 141980 Дубна, Росія
Вступ. Нанотехнології сьогодні - це велика область, що включає в себе широке многобразие підходів, різних фізичних і хімічних принципів, інструментальних методів. Використання пучків важких іонів є одним з важливих напрямків модифікації структури твердих тіл, в тому числі в нанометровому діапазоні розмірів. Є дві можливості перетворення структури матеріалів опроміненням високоенергетичними важкими частинками. Перша пов'язана з безпосереднім впливом на кристалічну структуру за рахунок передачі енергії шляхом пружних і непружних зіткнень. Друга можливість включає двухстадийное вплив, що включає створення локальних радіаційних ушкоджень і потім хімічну обробку, яка і призводить до формування кінцевої структури. Травлення треків важких іонів - добре відомий метод формування однорідних мікро- і нанопор в діелектриках [1]. Одним з практичних застосувань методу є виробництво мікрофільтраційних мембран ( «ядерних фільтрів»), реалізоване в Лабораторії ядерних реакцій ім. Г.Н.Флерова (ФЛЯР) ОІЯД в середині 1970-х років [1]. В даний час інтерес дослідників все в більшій мірі фокусується на об'єктах, що характеризуються префіксом «нано». Дане повідомлення присвячено роботам, виконаним в даному напрямку в останні роки в ФЛЯР ОІЯД.
Прискорювачі. В даний час експериментально-виробнича база ФЛЯР включає прискорювачі важких іонів У-400 і ІЦ-100 зі спеціалізованими каналами опромінення полімерних плівок та обладнання для подальшої фізико-хімічної обробки (сенсибілізація ультрафіолетовим випромінюванням і хімічне травлення). Комплекс вимірювальних методик (растрова електронна мікроскопія, різні порометріческіе методи) використовується як для рутинного контролю параметрів вироблених трекових мембран (ТМ), так і в постійно ведуться дослідницькі роботи, спрямованих на вдосконалення структури і властивостей ТМ, а також на розробку нових продуктів.
Мал. 1. Вакуумна камера і механізм транспортування полімерних плівок для опромінення іонами на прискорювачі ІЦ-100 [2].
Трекові мембрани. Можливості, що забезпечуються двома вищезгаданими прискорювачами, дозволяють виробляти трекові мембрани з щільністю пір в діапазоні від 10 4 до 3х10 9 см -2. діаметрами пір від 20 нм до 5-7 мкм при товщині 5-75 мкм. Вихідним матеріалом для масового виробництва трекових мембран служить поліетилентерефталатна (ПЕТФ) плівка (див. Рис. 2), однак для спеціальних цілей можуть бути успішно використані і інші полімери [3]. Наприклад, розроблені поліімідние і поліетіленнафталатние трекові мембрани для дифракційних фільтрів, використовуваних в рентгенівської астрономії [4]. Створено також технологія отримання фторопластових мембран [13].
Мал. 2. Перетин ПЕТФ трекової мембрани з циліндричними паралельними порами діаметром 0.8 мкм (зліва) і з похилими (пересічними) порами діаметром 0,2 мкм (праворуч). Товщина мембран - 10 і 23 мкм, відповідно. Перша мембрана виготовлена для експериментів по дослідженню проходження ультразвукового сигналу крізь пористе середовище [5]. Друга являє собою звичайну мікрофільтраційних ТМ, використовувану, наприклад, для очищення питної води. [6].