專利名稱：新型核徑跡微孔膜及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及利用核技術(shù)制造一種新的核徑跡微孔膜。特別涉及用α粒子(α射線)制造具有單錐形微孔結(jié)構(gòu)的核徑跡微孔膜。
自從1963年Fleischer等發(fā)明核徑跡微孔膜以來(R.L.Fleischer et.al.，Rev.Sci.Instr.v.34p.510(1963)P.B.Price et.al.，U.S.Pat.3，303，085(1967))。采用準(zhǔn)直的重離子束(由重離子加速器提供)或裂變碎片(由核反應(yīng)堆提供)照射云母片或塑料薄膜。在粒子射程大于膜的厚度的情況下，沿粒子徑跡所形成的輻射損傷區(qū)，經(jīng)適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)蝕刻處理后，形成穿透膜片的園柱形微孔，其數(shù)量和直徑分別可以通過控制照射粒子的數(shù)量和蝕刻條件來控制。這種微孔膜在國內(nèi)外均已研制及生產(chǎn)并已廣泛地用于科學(xué)、醫(yī)學(xué)及各工業(yè)領(lǐng)域，特別是以分離為目的的各種過濾作業(yè)中，故又稱核孔濾膜(朱潤生固體核徑跡探測器的原理和應(yīng)用，P608-620，科學(xué)出版社，1987;B.E.Fischer et.al.，Rev.Mod.Phys.，v.55 p.907(1983))。
由于現(xiàn)有技術(shù)制造核徑跡微孔膜均采用核反應(yīng)堆或重離子加速器提供的高能帶電重粒子，因而生產(chǎn)成本高。雖然核徑跡微孔膜具有在一定范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)孔數(shù)與較均勻直徑的微孔等優(yōu)良性能，但在很多場合的廣泛應(yīng)用仍受其高成本所限制。另外現(xiàn)有技術(shù)所生產(chǎn)核徑跡微孔膜的微孔均為園柱形，在過濾作業(yè)中易被微粒堵住微孔，需要更新濾膜，而影響過濾作業(yè)。
本發(fā)明系用成本低廉且操作簡易與安全的α放射源提供的α射線代替核反應(yīng)堆或重離子加速器提供的高能重離子生產(chǎn)核徑跡微孔膜，從而大大降低了生產(chǎn)成本。另外制成的微孔膜具有單錐形微孔結(jié)構(gòu)而不是現(xiàn)有技術(shù)那種近似于園錐形微孔結(jié)構(gòu)。因而在實(shí)際過濾作業(yè)中將濾液(氣)流動方向?qū)?zhǔn)單錐形孔的小孔端時即可減輕堵孔現(xiàn)象的產(chǎn)生。此外按照流體力學(xué)原理，單錐形孔的阻力較園柱形孔的小，因而濾速增大，從而提高了作業(yè)效率。
按照最簡單的蝕刻模型，假設(shè)模型的總體蝕刻率VG各向同性，且為恒值;設(shè)α粒子徑跡的蝕刻速率VT也是恒值，則蝕刻后的徑跡呈園錐形，以α粒子的軌跡為其軸，在垂直入射的情況下(附圖
)經(jīng)過t1時間蝕刻后，薄膜表面上徑跡張口的直徑D1，半錐角θ，薄膜正反二表面蝕去的厚度均為h1。薄膜厚度由原來的L減小至l1，如此時蝕刻的深度恰巧到達(dá)α帶電粒子射程(R)的終端(即R＝VTt1)。如繼續(xù)經(jīng)t2時間蝕刻后，即薄膜正反面及錐形孔內(nèi)又均蝕去厚度h2而最終形成二端直徑分別為D2及d2，厚度為l2的單錐形微孔膜。如t2時間越長，則d2與D2均增大。以上參數(shù)間的關(guān)系式可表達(dá)如下D1=2VGt1( (VT-VG)/(VT+VG) )1/2θ＝sin-1(VG/VT)＝sin-1(h1/R);
h1＝VGt1;h2＝VGt2;R＝VTt1;
l1＝L-2h1;l2＝l1-2h2;
d2＝2h2(tanθ+secθ);D2＝d2+2l2tanθ;
調(diào)節(jié)或改變以上各參數(shù)即可得到需要直徑(D2及d2)及厚度(l2)的單錐形微孔膜。
由于α粒子的電荷與質(zhì)量均遠(yuǎn)較反應(yīng)堆核裂碎片或加速器產(chǎn)生重離子的電荷與質(zhì)量為少，所以α粒子在塑料膜中形成徑跡時的輻射損傷(與核粒子在材料中的限定能量損失(Restri-cted Energy Loss)有關(guān))較小?；瘜W(xué)蝕刻時，徑跡蝕刻速率VT雖較VG大，但并不是VT》VG，即VG/VT值相對較大，所以化學(xué)蝕刻后形成錐形微孔的半錐角θ較大(θ＝sin-1(VG/VT)，故最終形成明顯錐形孔。
由于用α粒子照射時利用空氣吸收，調(diào)節(jié)α粒子的能量，使化學(xué)蝕刻后只能形成單向徑跡蝕刻而形成單一錐形孔。
但由于α粒子的輻射損傷較小，所以VT較小，蝕刻需要時間較長，因而薄膜正反二面總體蝕刻層h1及h2較厚，因而最終形成的微孔膜厚l2較小。
為了保持必要的微孔膜厚(l2)及必要的其它性能，所以必須盡可能提高VT或靈敏度的方法除選擇采用最優(yōu)化的蝕刻條件(蝕刻劑成份、時間、蝕刻液溫度)外，還必須采用合適的能影響其蝕刻特性的環(huán)境因素，如照射前后的溫度，照射前后環(huán)境中的O2或O3含量，紫外光輻照及電場作用等，其目的均在于盡可能提高其靈敏度即VG/VT比值，以保證形成有需要孔徑及足夠厚度的單錐形微孔膜。
采用以上方法形成一個完整單錐孔形膜不僅能避免過濾作業(yè)時形成堵孔現(xiàn)象(濾液流向單錐孔小孔端)而且按照Poise-uille's定律(F.W.Sears等著大學(xué)物理學(xué)，第一冊p.403，人民教育出版社(1979))。
在相同壓差或相同壓力梯度下流過管子或孔的流量率Q與管子(孔)的直徑四次方成正比。
如制成單錐形孔膜二端的直徑為d2∶D2＝1∶2，則按照Poiseuille's定律，通過錐形微孔膜的流量率Q將為流過直徑為d2園柱形孔的微孔膜的3.3倍。即過濾作業(yè)效率至少比傳統(tǒng)核徑跡微孔膜提高了3倍以上。
以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)闡述實(shí)施例α放射源電鍍235U或210Poα放射性面狀源，放射性活度為107-108Bq塑料薄膜聚碳酸酯薄膜，如Makrofol N，厚度＝18μm化學(xué)蝕刻劑15gKOH+40gC2H5OH+45gH2O+0.1g對甲氧基脂肪酰胺基苯磺酸鈉紫外光源700W高壓汞燈活度為2×107Bq的235U面狀源上蓋以專門設(shè)計準(zhǔn)直器，使入射至Makrofol N薄膜上的α粒子的入射角為0°至29°(相對于法線方向)。α粒子在薄膜中的射程可以調(diào)節(jié)薄膜表面至α放射源表面的空氣層厚度來調(diào)節(jié)，照射的時間根據(jù)需要的微孔密度決定。
將照射過α粒子的薄膜放在700W高壓汞燈下進(jìn)行紫外光照射，膜和紫外光燈的距離為20cm，照射時膜的溫度～35℃，照射時間為10'。
然后用上述蝕刻劑在50℃蝕刻，蝕刻時間為40'。
權(quán)利要求
1.一種核徑跡微孔膜。本發(fā)明的特征是該核徑跡微孔膜具有單錐形微孔結(jié)構(gòu)。
2.一種核徑跡微孔膜的制造方法。本發(fā)明的特征是用α放射源產(chǎn)生的α射線制造核徑跡微孔膜。
3.按照權(quán)利要求1和2所述核徑跡微孔膜的化學(xué)蝕刻采用改變其蝕刻時的環(huán)境因素的方法包括紫外線輻照、臭氧處理、電場作用等方法。
全文摘要
一種利用核技術(shù)制造的新型核徑跡微孔膜及其制造方法。微孔膜的結(jié)構(gòu)特征是形成的微孔具有單錐形結(jié)構(gòu)而不是現(xiàn)有技術(shù)的圓柱形結(jié)構(gòu)，因而用作過濾時不易堵孔并提高作業(yè)效率。其制造方法特征是利用簡便的α放射源放出的α粒子代替現(xiàn)有技術(shù)利用復(fù)雜的核反應(yīng)堆或加速器提供的帶電重粒子形成核徑跡。成本低廉的單錐形核徑跡微孔膜更適于在科學(xué)、醫(yī)學(xué)、工業(yè)等各領(lǐng)域中達(dá)到分離、擴(kuò)散等目的。
文檔編號B01D67/00GK1079414SQ93106830
公開日1993年12月15日 申請日期1993年6月10日 優(yōu)先權(quán)日1993年6月10日
發(fā)明者吳日升 申請人:北京市三喜化學(xué)新技術(shù)公司