DD159111C2 - Verfahren zur bestimmung des mittleren durchmessers von geaetzten teilchenspuren - Google Patents

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des mittleren Porendurchmessers von geätzten Teilchenspuren, das insbesondere zur Bestimmung des mittleren Porendurchmessers von Kernspurenmikrofiltern geeignet ist.

Charakterisierung der bekannten technischen Lösungen

Als Kernspurmikrofilter bezeichnet man poröse Polymerfolien, die durch den Beschüß mit geladenen Teilchen, einer anschließenden Spursensibilisierung, gefolgt von einer Ätzung, hergestellt werden. Der Porendurchmesser wird durch die Wahl der Ätzbedingungen, wie Ätzdauer, Temperatur und Konzentration des Ätzmittels geregelt. Die so erzeugten Kernspurmikrofilt-r haben in der Regel in Abhängigkeit vom Porendurchmesser eine Porendichte von TO⁵ bis 10⁹/cm² und eine Dicke von 5-10>m. Sie werden in der Mikro- und Ultrafiltration eingesetzt.

Es gibt verschiedene Methoden zur Bestimmung des mittleren Porendurchmessers. Aus [Varnagy, M. u.a.: Nuclear Instruments and Methods, 106(1973)301-305] ist ein Verfahren mittels Laserinterferenz bekannt, das jedoch für Poren unter 1μ.ητ) nicht geeignet ist. Weiterhin gibt es Verfahren, wie das relativ ungenaue Verfahren der Lichtstreuung (US-PS 3517203) und die Methode der Durchstrahlung mit geladenen Teilchen (WP G 01 N/216339), die die Kenntnis der Porendichte für die Berechnung des mittleren Porendurchmessers erfordern. Auch die elektrische Leitfähigkeit einer mit Elektrolyt getränkten Membran kann zur Bestimmung des mittleren Porendurchmessers bei Kenntnis der Porendichte verwendet werden.

Andere von der Porendichte unbeeinflußte Verfahren, die auch eine Beurteilung der Durchmesserdispersion erlauben, wie die Hg-Intrusionsmethode und die Kapillarkondensation [Ju.l.Ditnerskij, Membranprozesse zur Trennung flüssiger Gemische, Dt. Verlag der Grundstoffind., Leipzig 1977, S. 52-61 ], erfordern ein relativ großes Probenvolumen, das bei Kemspurmikrofiltern den Einsatz großer Probenstücke verlangt. Gemeinsam mit den elektromikroskopischen Methoden erfordern sie einen recht bedeutenden apparativen und zeitlichen Aufwand.

In der Ca-PS 9262 wird ein Verfahren zur Zählung geätzter Teilchenspuren bei vergleichsweise geringer Spurdichte beschrieben. Dabei wird die perforierte Folie als Dielektrikum zwischen zwei Elektroden gebracht, eine Hochspannung angelegt und die elektrischen Durchschläge mit Hilfe bekannter Impulszähltechnik registriert. Um weitgehend zu vermeiden, daß eine Spur mehrmals gezählt wird, besteht eine Elektrode aus einer so dünnen Metallschicht auf einem Trägermaterial, daß die Metallschicht beim ersten Durchschlag in einem Umkreis von etwa 100-150^m verdampft. Da jeder Durchschlag durch eine Spur eine isolierende Fläche in der Elektrode von etwa 200-300μ.ηη Durchmesser hinterläßt, ist die Elektrode nach maximal 10⁴ Durchschlägen/cm² völlig verbraucht. Abweichungen von der tatsächlichen Spurdichte teten bereits ab 1000/cm². Durch Verwendung einer verdampfbaren Elektrode kann das mehrfache Durchfunken zwar reduziert, aber nicht verhindert werden.

Aus [P. Le Thanh, P. Nikpay. Proceedings of the 10th Intern. Conf. on Solid State Nuclear Track Detectors, Lyon (1979) S.337-326] ist bekannt, daß es möglich ist, durch Verwendung von zwei verdampfbaren Elektroden das mehrfache Durchfunken der Poren bei höherer Spannung noch weiter zu reduzieren.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines einfachen Verfahrens zur Bestimmung ^es mittleren Pore.idurchmessers von geätzten Teilchenspuren in dünnen dielektrischen Folien ohne vorherige Bestimmung der Porendichte von 10⁹/cm² anwendbar ist.

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren zur Zahlung geatzter Teilchenspuren bei vergleichsweise geringer Spurendichte in einer dünnen dielektrischen Folie, bei dem die zu prüfende poröse Folie zwischen zwei mit einer Hochspannung beaufschlagten Elektroden gebracht wird, die aus einer auf einen nichtleitendes Substrat aufgebrachten dünnen Metallschicht bestehen und bei dem das Vorhandensein von Poren durch mittels Funkenzahler registrierten elektrischen Durchschlagen ermittelt wird, so zu verandern, daß im Porendichtebereich von 10⁵ bis 10⁹/cm² eine Aussage zum mittleren Porendurchmesser der dünnen dielektrischen Folie ohne Kenntnis der Porendichte möglich ist Diese Aufgabe ist nach der Erfindung mit einem Verfahren gelost, das das bekannte Verfahren dahingehend ändert, daß zusatzlich eine zweite dielektrische Folie als Reduzierfolie zwischen eine Elektrode und die zu messende Folie gebracht wird, welche eine definierte, wesentlich geringere Porendichte bei definiert größerem Porendurchmesser aufweist und daß die Anzahl der registrierten elektrischen Durchschlage in Abhängigkeit von der Elektrodenspannung zur Bestimmung des mittleren Porendurchmessers verwendet wird

Die Reduzierfolie hat die Aufgabe, die Dichte der fur einen Durchschlag zugänglichen größeren Poren so weit zu reduzieren, daß bei deren Zahlung nur so viel von den verdampf baren Elektroden verbraucht wird, daß die erst bei höherer Spannung funkbaren kleineren Poren auch noch erfaßt werden können Die Wahrscheinlichkeit P_d fur das Vorhandensein einer Pore mit dem Durchmesser d innerhalb eines Loches mit der Flache F in der Reduzierfolie ergibt sich eine Dichte S<j der betreffenden Porengroße im Kernspurmikrofilterzu

P_d = 1 -exp[-F S_d]

Der Durchmesser der Locher in der Reduzierfolie wird so groß gewählt, daß die Durchschlagsspannung nicht beeinflußt wird Bei einer Dicke der Reduzierfolie von 5—10/xm entspricht das einem Lochdurchmesser von 8—ΙΟμ,ηη Die Lochdichte liegt vorteilhaft bei 1000 bis 3000/cm²

Die Polarität der Elektroden wird vorteilhaft so gewählt, daß die Kathode sich im Kontakt mit dem Kernspurmikrofilter befindet In Verbindung mit dem Einsatz der Reduzierfolie kann dadurch das wiederholte Funken der Poren bei höheren Spannungen noch weiter reduziert werden

Ausfuhrungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Beispiel naher erläutert werden

Auf die metallisierte Seite einer als Elektrode dienenden ΑΙ-bedampften Polyesterfolie (Kondensatorfolie) wird ein 20 χ 20mm² großes Stuck Kernspurmikrofilter gelegt Die Kernspurmikrofilterprobe wird mit einem 25 χ 30mm² großen Stuck einer 10μΓη dicken Polyesterfolie bedeckt, daß in der Mitte in einem Kreis von 12 mm Durchmesser statistisch verteilt etwa 1800 Locher mit einem Durchmesser von 8— 10μ,ιτι enthalt Darauf wird eine Gegenelektrode aus ebenfalls ΑΙ-bedampfter Polyesterfolie gelegt, so daß die metallisierte Polyesterfolie die gelochte Flache völlig abdeckt Nun wird an die Elektroden eine Gleichspannung so angelegt, daß die mit dem Kernspurmikrofilter in Kontakt befindliche Elektrode zur Kathode wird Die Ausgangsspannung von 300V wird mit einer Geschwindigkeit von 0,35V/s erhöht Die elektrischen Durchschlage werden mit einem Funkenzahler in einem Meßzyklus von 30s gezahlt und die Zahlrate auf die y-Achse eines x-y-Sch reibe rs gegeben, dessen Vortrieb der x-Achse von der an den Elektroden anliegenden Spannung gesteuert wird In Fig 1 sind die auf diese Weise erhaltenen Meßwertdiagramme fur 3 verschiedene Kernspurmikrofilter wiedergegeben Die Kernspurmikrofilter hatten eine Dicke von 10 ± Ο,δμιτι Aus dem Diagramm wird der mittlere Porendurchmesser dadurch bestimmt, daß zunächst der Maximalwert der Durchschlagsrate 1 ermittelt wird Danach wird beim halben Wert des Maximalwertes der Durchschlagsrate 1 der vom Kurvenverlauf begrenzte Spannungsbereich 2 (sog Halbwertsbreite) bestimmt Durch Bildung der mittleren Spannung 3 der Halbwertsbreite ist es möglich, den mittleren Porendurchmesser 4 auf der oberen Diagrammachse abzulesen

Fur den ausgewählten Kernspurmikrofilter wurde ein mittlerer Porendurchmesser von 0,5μηι ermittelt Eine Veränderung in derOicke der Reduzierfolie im Bereich von 5-15μΓη fuhrt zu einem linearen Anstieg der Durchschlagspannung von 9 V/μίτι mit zunehmender Dicke Dickenschwankungen des Kernspurmιkrofliters um ±1 /xm fuhren zu keiner nachweisbaren Veränderung der Durchschlagspannung

Fur Kernspurmikrofilter mit einer Dicke von etwa 10μηη ist das erfindungsgemaße Verfahren fur einen Durchmesserbereich von 0,1-2,0/xm anwendbar Das Auflösungsvermögen des Verfahrens steigt mit fallendem Porendurchmesser und geht damit konform mit den praktischen Anforderungen Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemaßen Verfahrens besteht in seiner Nachweisempfindhchkeit fur Poren, deren Dur^nmesser unter dem mittleren Porendurchmesser liegt Fig 2 zeigt den Einfluß der Polarität der Elektroden auf wiederholtes Funken der Poren Wahrend bei dem bekannten Verfahren ohne Reduzierfolie im gleichen Meßbereich alle Poren im Mittel zweimal durchschlagen werden, werden bei Anwendung der Reduzierfolie, wenn sich die Kathode an der Reduzierfolie befindet, nur noch 50% der Poren zweimal durchschlagen Wird hierbei die mit dem Kernspurmikrofilter in Kontakt befindliche Elektrode als Kathode gewählt, so reduziert sich dieser Wert weiterauf 25%

Claims (2)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Verfahren zur Bestimmung des mittleren Porendurchmessers von geätzten Teilchenspuren in dünnen dielektrischen Folien, insbesondere von Kernspurmikrofilterfolien, bei dem die zu prüfende poröse Folie zwischen zwei mit einer Hochspannung beaufschlagte Elektroden gebracht wird, die aus einer auf ein nichtleitendes Substrat aufgebrachten dünnen Metallschicht bestehen, und bei dem das Vorhandensein von Poren durch mittels Funkenzähler registrierten elektrischen Durchschlägen ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine zweite dielektrische Folie als Reduzierfolie zwischen eine Elektrode und die zu messende Folie gebracht wird, welche eine definierte, wesentlich geringere Porendichte bei definiert größerem Porendurchmesser aufweist und daß die Anzahl der registrierten elektrischen Durchschläge in Abhängigkeit von der Elektrodenspannung zur Bestimmung des mittleren Porendurchmessers verwendet wird.
2. 2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kathode in Kontakt mit dem Kemspurmikrofilter befindet.

   Hierzu 2 Seiten Zeichnungen