초록
투명한 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephtalate : PET) 막에 100 keV 이하의 에너지 범위에서 단독 또는 두 이온을 주입하여 표면의 경도 및 광투과도의 변화를 측정하였다. Nano-indentation방법을 사용하여 표면의 경도를 측정한 결과, 표면에서 50 nm 깊이에서 최고 경도가 형성되었고 최고경도를 기준으로 질소 이온 단독으로 주입하였을 때 표면 경도는 약 3배 이상 향상됨과 동시에 광투과도는 550 nm(가시광선 영역) 이상의 파장에서 85％ 이상, 300 nm 이하(자외선 영역)의 파장에서는 95％ 이상의 빛을 차단하여 투명성 유지와 동시에 자외선 차단 효과가 있었다. 두 이온, 즉 He과 N, N와 C 이온들을 PET에 주입하였을 때 질소 단독으로 주입하였을 때보다도 표면의 경도는 훨씬 더 상승하였으며 N과 C 이온을 주입하였을 경우 가장 높았으며 약 5배 이상 더 상승하였다. 이 결과는 이온 주입에 의한 경도 향상은 일반적으로 고분자 재의 경우 교차결합(cross linking)이 기구로 고려되나 이중 이온 주입의 경우 교차결합 뿐만 아니라 주입이온간 또는 이온과 matrix 원소들간의 반응에 의한 경한 게재물 형성도 고려될 수 있음을 보여준다. N 및 C 이온을 주입하였을 경우 경도의 향상이 가장 컸는 이유는 교차결합 뿐만 아니라 주입이온간의 반응으로 매우 경한 C-N화합물의 형성에 기인된 것으로 고려된다.
Single or dual ion implantations were performed onto the transparent polyethylene terephthalate(PET) sheet, and the surface hardness and the light transmittance in the visual-UV range were examined. Nanoindentation showed that the surface hardness was the highest at about 50 nm depth from the surface and was increased by about 3 times when nitrogen ions were implanted with energy and dose of 90 keV and $1\times10^{15}\textrm{/cm}^2$ respectively. When dual ions such as He+N and N+C ions were implanted into PET, the hardness was increased even more than the case only N ions were implanted. Especially, when PET were implanted with N+C dual ions, the surface hardness of PET increased 5 times more as compared to when implanted with N ions alone. The light at the 550 nm wavelength(visual range) transmitted more than 85%, which is close to that of as-received PET, and at the wavelength below 300 nm(UV range) the rays were absorbed more than 95% as traveling through the sheet. implying that there are processing parameters which the ion implanted PET maintains the transparency and absorbs the UV rays. It can be considered that the increase in the hardness of polymeric materials is attributed to not only cross linking but also forming hard inclusions such as hard C-N compounds, as evidenced by the formation of the highest hardness when both N and C ions are implanted onto PET.
