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了解核孔膜制造原理
当高能带电核粒子(裂变碎片)穿过高分子塑料薄膜时,在粒子经过的路径上,塑料高分子链被打断,留下一条狭窄的损伤通道——核径迹。未经处理的原始核径迹无法用显微镜和电子显微镜直接观测到。但由于径迹处的高分子链被破坏,形成很多自由基,化学活性很高,很容易被化学试剂腐蚀,形成能够用显微镜可以观测到的微孔。带电粒子穿过某种物质的过程称为照射,相当照相过程中的感光。化学试剂腐蚀核径迹过程称为蚀刻,相当照相过程中的显影。 图4 某物质的C3在CR-39中留下的径迹的AFM图像
塑料薄膜中的核径迹经过适当的处理和化学蚀刻条件,就可以控制微孔的密度和孔径的大小。人们发现这种制作的塑料微孔薄膜有很多用途。这种微孔薄膜称为核径迹蚀刻膜(nuclear track-etched membrane),国外商品名Nuclepore membrane 在我国称核孔膜。 其制造具体流程如下。首先,利用屏蔽反应堆产生的大量热中子轰击铀235靶,使部分铀235的原子核发生裂变,裂变产生的高能裂变碎片以接近光速的速度轰击塑料薄膜,在塑料薄膜中形成径迹损伤。然后,通过图形成象技术,在膜上形成原始的客户所需要的精美图案。最后通过蚀刻技术在塑料薄膜上得到由圆柱状微米级微孔组成的核径迹白色图案膜。 图5 径迹膜蚀刻后的扫描电镜图
核孔膜具体参数为:
- 材质:聚酯(PET)
- 微孔孔径:0.004-0.006毫米
- 孔密度: 4-8×105 孔/平方厘米
- 孔斜度分布: 0~50度
- 微孔分布: 随机
- 孔斜方向分布: 随机
核径迹技术的发展历史
核径迹技术在发展的早期,科学家们用威尔逊云雾室来探测核粒子径迹。即在空腔内充满过饱和蒸气,当核粒子穿过云雾室时,在其经过的路径上留下一条白色的轨迹,然后拍照保留径迹图象。通过测量径迹的距离和方向,便可以知道核粒子的大小、能量和方向。由于云雾室体积大,云雾径迹保留时间短,需要拍照才能留下离子径迹,使用很不方便,后来逐渐被固体径迹探测器所代替。 六十年代由美国通用电气公司实验室的R.L.FIEischer等人研究了固体径迹探测器,当高能核粒子照射到非导电材料时,在粒子经过的路径上,非导电材料的高分子被打断或晶格被移位,在常温下可以保留相当长时间的核径迹,然后核径迹可以用化学试剂蚀刻显示出来,研究径迹的长短和大小和方向,即可以计算粒子的能量、大小和入射方向。 R.L.FIEischer等人在研究固体径迹探测器的基础上,发现当核粒子照射并穿透塑料薄膜时,蚀刻后在塑料薄膜上可以形成通孔,可以制成孔径均匀,具有直通孔形的径迹孔膜公司(Nuclepore Corporation),开始进行核孔膜的商品化生产。我国是在八十年代初,作为“六五”科技攻关项目开始制核孔膜,到八十年代末已具备相当规模的生产能力。 到九十年代,由于产品防伪的市场要求,中山国安火炬科技发展有限公司携清华大学核能技术设计研究院在研究核孔膜的基础上,开展了核径迹防伪膜的研究。利用独特的图形成象技术,即根据用户需要的图案,通过选择性的辐照或蚀刻,在塑料薄膜的局部做成核孔膜,由于微孔对光线的漫反射,形成特定的白色图案。核径迹防伪膜经后期商品化的生产或综合其他防伪技术,得到核径迹综合防伪标识或其他类型的核径迹防伪标识。 |