DE3816078A1

DE3816078A1 - Process for producing heat-resistant and chemical-resistant ultrafinely pored microsieves (hole size d > 10 nano-m) from the polyimide film "Kapton" (tradename of Du Pont)

Info

Publication number: DE3816078A1
Application number: DE19883816078
Authority: DE
Inventors: Reinhard Prof Dr Brandt; Peter Dr Vater; Tian-Cheng Dr Zhu; Reimar Dr Spohr; Johann Dr Vetter
Original assignee: ZHU TIAN CHENG DR
Current assignee: ZHU TIAN CHENG DR
Priority date: 1988-05-11
Filing date: 1988-05-11
Publication date: 1989-11-23

Abstract

Heavy ion bombardment of a heat- and chemical-resistant plastic film composed of polyimide (tradename "Kapton" and Du Pont) with subsequent etching makes it possible to produce microsieves. These microsieves are typical nuclear trace filters having well-defined holes. The hole size is freely choosable between 10 nano-m and 50 mu m. The hole size depends on the etching conditions, especially the etching medium, and also on the etching temperature. These nuclear trace filters, composed of polyimide, are said to be very useful in environmental protection under extreme conditions, but also for the ultrapurification not only of gases but also of liquids.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines folien förmigen Mikrosiebes aus Polyimid (Handelsname "Kapton" von Du Pont), das eine Vielzahl von Löchern aufweist, deren Radien im Bereich zwischen 10 nano-m und 50 mikro-m jeweils annähernd gleich groß sind, wobei zur Erzeugung der Löcher die Polyimidfolie zunächst mit Strahlungspartikeln beschossen und anschließend einem Ätzmedium ausgesetzt wird.The invention relates to a method for producing a film shaped microsieve made of polyimide (trade name "Kapton" from Du Pont), which has a large number of holes, the radii of which range between 10 nano-m and 50 micro-m are each approximately the same size, whereby for First create the holes in the polyimide film with radiation particles bombarded and then exposed to an etching medium.

Ein solches Verfahren ist als "Particle-Track-Etching-Verfahren" beispielsweise aus "Science, Vol. 178 (1982), Seiten 255 bis 263" bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren werden als Strahlungspartikel Spaltprodukte eingesetzt.Such a process is known as a "particle track etching process" for example from "Science, Vol. 178 (1982), pages 255 to 263" known. This known method uses radiation particles Fission products used.

Mit Spaltprodukten lassen sich jedoch nur Folien bis max. 10 µm Dicke perforieren. Dieses Verfahren wurde bisher für die Herstellung von nicht hitzebeständigen sowie nicht chemikalienresistenten Kunststoffmembranen (Mikrosiebe) angewendet. Solche aus nicht sehr stabilen Kunststoffolien hergestellten Mikrosiebe sind kommerziell erhältlich. Ihre Löcher haben einen definierten Radius zwischen 0.1 und 7 µm und sind durch Beschuß mit Spaltprodukten einer Massenzahl 30 u ("u" ist die atomare Masseneinheit) und anschließende Ätzung mit einer Lauge eingebracht worden.With fission products, however, only films up to max. 10 µm thick perforate. This method has not been used for the manufacture of heat-resistant and non-chemical-resistant plastic membranes (Microsieves) applied. Those made of not very stable plastic films microsieves produced are commercially available. Have your holes a defined radius between 0.1 and 7 µm and are bombarded with fission products with a mass number of 30 u ("u" is the atomic Mass unit) and subsequent etching with an alkali been.

Diese bekannten, aus Kunststoffen bestehenden Mikrosiebe weisen jedoch nur eine äußerst begrenzte Beständigkeit gegenüber Säuren, Laugen und hohen Temperaturen auf.However, these known microsieves made of plastics have only an extremely limited resistance to acids, bases and high temperatures.

Es ist daher wünschenswert, mechanisch stabile und gegen Säure-, Laugen- und Temperatureinwirkung resistente Mikrosiebe zur Verfügung zu haben.It is therefore desirable to be mechanically stable and resistant to acid, alkali and temperature-resistant micro sieves are available.

Es wurde auch bereits vorgeschlagen, Membranen (Mikrosiebe) aus einem nicht leitendem Material, z.B. einem Dielektrikum, herzustellen, indem zunächst durch Laser- bzw. Elektronen- oder Ionenstrahlen in die Folien Löcher in einheitlichen Abständen gebohrt werden und danach diese Löcher durch Beschichtung auf die gewünschte Porengröße verkleinert werden (DE-OS 26 58 405).It has also been proposed to use membranes (microsieves) from one non-conductive material, e.g. a dielectric, by producing first by laser, electron or ion beams into the foils Holes are drilled at uniform intervals and then these holes can be reduced to the desired pore size by coating (DE-OS 26 58 405).

Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, das eingangs benannte "Particle-Track-Etching-Verfahren" so zu verbessern, daß auch mit diesem relativ einfachen Verfahren Mikrosiebe mit den gewünschten thermischen und chemischen Eigenschaften herstellbar sind.In contrast, the object of the present invention is that to improve the "particle track etching method" mentioned at the beginning, that even with this relatively simple process microsieves with the desired thermal and chemical properties can be produced.

Sodann wurde vorgeschlagen, Folien aus anorganischem Material, insbesondere Glimmer, zu verwenden. Diese Aufgabe wird durch die folgenden Merkmale des alten Patentanspruchs (DE 27 08 641) gelöst: (Zitat)
"Durch Verwendung von Schwerionen, wie sie im Kennzeichen definiert sind, anstelle von Spaltprodukten, ist das "Particle-Track-Etching-Ver fahren" auch auf Glimmerfolien bis zu 100 µ, anwendbar. Die Ionen der erforderlichen Masse und Energie werden in Schwerionenbeschleunigern erzeugt.It was then proposed to use films made of inorganic material, in particular mica. This object is achieved by the following features of the old patent claim (DE 27 08 641): (quote)
"By using heavy ions, as defined in the label, instead of fission products, the" Particle Track Etching process "can also be used on mica foils up to 100 µ. The ions of the required mass and energy are generated in heavy ion accelerators .

Ein geeignetes Ätzmedium für Glimmerfolien ist Flußsäure.A suitable etching medium for mica foils is hydrofluoric acid.

Die Größe der Löcher hängt im wesentlichen von der Wahl des Ätzmediums und von der Dauer der Exposition ab.The size of the holes essentially depends on the choice of the etching medium and the duration of exposure.

Die hergestellten Mikrosiebe aus Glimmer werden auch von aggressiven Ätzmedien nicht angegriffen und können vor allem auch erhöhten Tempera turen bis ungefähr 700°C ohne Formveränderung oder Rißbildung stand halten".
(Zitatende)The micro sieves made of mica are not attacked by aggressive etching media and can also withstand elevated temperatures up to about 700 ° C without changing shape or cracking ".
(Quote end)

Die bisher hergestellten folienförmigen Mikrosiebe aus Glimmer haben jedoch einen entscheidenden Nachteil: Sie sind mechanisch nicht stabil, sondern leicht zerbrechlich. Sie konnten sich bisher in der Technik nur in sehr begrenztem Umfang durchsetzen.The film-shaped microsieves made of mica have been produced to date but one crucial disadvantage: they are not mechanically stable, but rather fragile. So far they have only been able to work in technology enforce to a very limited extent.

Deshalb wird in diesem Patent als Ausgangsmaterial die hitzebeständige und chemikalienresistente Kunststoffolie Polyimid eingesetzt.Therefore, in this patent the heat-resistant material is used as the starting material and chemical-resistant plastic film polyimide.

Durch Folienstärken zwischen 5 µm bis 1000 µm kann je nach Anwendungsart eine hinreichende mechanische Stabilität erreicht werden.Depending on the type of application, film thicknesses between 5 µm and 1000 µm can be used sufficient mechanical stability can be achieved.

Durch die Verwendung von Schwerionen, wie sie im Kennzeichen definiert sind, anstelle von Spaltprodukten, ist das "Particle-Track-Etching-Ver fahren" auch auf Polyimid-Kunststoffolien bis zu 1000 µm anwendbar. Die Ionen der erforderlichen Masse und Energie werden in Schwerionenbeschleunigern erzeugt.By using heavy ions as defined in the label instead of cleavage products is the "Particle Track Etching Ver drive "can also be used on polyimide plastic films up to 1000 µm Ions of the required mass and energy are in Heavy ion accelerators generated.

Ein geeignetes Ätzmedium ist NaOC₁-Lösung (zwischen 1-50%, optimal sind 10% C₁), ein Oxidationsmittel. Die Temperatur sollte über 50°C liegen, um die Ätzdauer nicht zu sehr auszudehnen.A suitable etching medium is NaOC 1 solution (between 1-50%, are optimal 10% C₁), an oxidizing agent. The temperature should be over 50 ° C, so as not to extend the etching time too much.

Die Größe der Löcher hängt im wesentlichen von der Wahl des Ätzmediums und von der Dauer des chemischen Ätzvorganges ab. Die erfindungsgemäß hergestellten Mikrosiebe aus Polyimid werden auch von vielen aggressiven Ätzmedien nicht angegriffen und können vor allem bei erhöhten Temperaturen bis ungefähr 300°C ohne Zersetzungserscheinungen eingesetzt werden.The size of the holes essentially depends on the choice of the etching medium and on the duration of the chemical etching process. The invention Micro sieves made of polyimide are also used by many aggressive Etching media are not attacked and can, especially when elevated Temperatures up to about 300 ° C used without signs of decomposition will.

Eine weitere Besonderheit dieser Erfindung ist die kontrollierte Herstellung extrem kleiner Löcher im Polyimid. Durch geeignetes kurzes Ätzen lassen sich konusförmige Löcher herstellen, die an ihrer dünnsten Stelle einen Durchmesser von d <10 nano-m besitzen können. Ein Beispiel ist in der beiliegenden rasterelektronenmikroskopischen Aufnahme gegeben.Another peculiarity of this invention is the controlled one Production of extremely small holes in the polyimide. By a suitable short Etching can be used to create conical holes that are at their thinnest Can have a diameter of d <10 nano-m. An example is in the enclosed scanning electron micrograph given.

Claims

Process for the production of a film-shaped microsieve from a polyimide film available under the name KAPTON (trade name of Du Pont), which has a large number of holes, the radii of which are approximately the same size in the range between 10 nanometers and 50 micrometers are, to produce the holes, the polyimide film is first bombarded with radiation particles and then treated with an etching medium, characterized in that the radiation particles are ions with an atomic weight of at least 10 u ("u" is the atomic mass unit) and an energy between 2 and 100 MeV / u can be used.