电子束辐照PET薄膜制备有序多孔阵列高分子模板-上海核学会.DOCVIP

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、PET、掩膜、电子束蚀刻、腐蚀 中图分类号 O633.14 O571.33 Q691.2 前言痕迹刻蚀高分子膜是一种可以批量生产的，它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，形成微/纳米孔道。通常这些孔呈圆柱形[1,2,3]，孔径一般为10 nm至数十μm（孔密度可达109/cm2）核径迹防伪技术核孔膜复合型医用敷料核裂变碎片或重离子轰击高分子膜孔道孔成无序状有的孔轴与膜面夹角可达30°，孔道交错现象，核裂变碎片或重离子我们用电子束辐照覆盖有多孔掩膜的PET薄膜，再强氧化剂腐蚀，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多孔掩膜，能控制孔的直径和排列。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。 1.实验方法 1.1材料和仪器 PET薄(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薄膜用电子束辐照不同剂量，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，在下搅拌直到全部溶解，配成一定浓度的腐蚀液。 PET薄膜蚀刻的条件将PET薄膜掩膜辐照剂量取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，±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。PET薄膜与金属掩膜复合用电子束辐照不同剂量有序多孔PET模板。 高分子模板制备工艺图 高分子模板制备工艺Fig. 1 Schematic diagram of PET template preparation 2.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 电子与能量质有关[[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.m。用Φ120μm钻头在2mm厚的铅板上钻规则垂直微孔电子束通过掩膜上的微孔照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模板。 2.1.3 PET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. Effect of temperature of 12h etching on weight loss of the PET membranes irradiated to different doses 图 腐蚀温度对PET薄膜腐蚀失重率的影响(腐蚀12h) 由图2可知，辐照PET薄膜的失重率随着腐蚀温度的升高逐步增大，在600 kGy时，腐蚀失重率由80℃时的12.71%增加到90℃的100%。且在85℃以下时腐蚀失重率变化比较缓和，在85℃以上时失重率变化增速较快。 2.2.2腐蚀时间对辐照PET薄膜失重率的影响 Fig. Effect of time of etching at 90℃on weight loss of the PET membran