Surface Modification of Polytetrafluoroethylene by Using Low Energy Hydrogen Ion Beam

Surface modification of PTFE by ion irradiation was performed to improve its surface properties, In the case where argon was used to irradiate the PTFE films, an increase in the adhesion strength was observed when the ion fluence was over $1\times10^{15}\;ions/cm^2$, but the surface morphology dramatically changed to a needle-shaped one. However, when we used hydrogen ions under $O_2$ environmental gas, the adhesion strength increased at an ion fluence of $5\times10^{16}\;ions/cm^2$ and the surface morphology by the hydrogen irradiation was not needle-shaped. The surface morphology and adhesion strength of the hydrogen modified PTFE was influenced by the oxygen flow rate. It was confirmed by reflectance measurements that the surface properties of the hydrogen ion irradiated PTFE were superior to those of the argon ion irradiated PTFE.

저에너지 수소 이온빔을 이용한 polytetrafluoroethylene 표면 개질

PTFE(polytetrafluoroethylene) 표면에 저에너지 이온빔을 조사함으로써 그의 물성을 개질하여 금속과의 접착력을 향상시켰다. 이온 조사로 인한 표면 형상 변화를 최소화하기 위하여 수소 이온을 사용하였다. 이온빔을 발생시키기 위하여 냉음극관 이온소스를 사용하였으며 사용된 이온빔의 종류는 수소 이온이고 이와 비교하기 위하여 아르곤 이온도 사용하였다. 다양한 이온 조사량에서 실험을 행하였으며 표면 처리 효과를 촉진시키기 위하여 산소 분위기 가스를 사용하였다. 처리된 PTFE와 처리하지 PTFE는 물과의 접촉각 (water contact angle) 측정, SEM 표면 이미지 관찰 등으로 평가하였고, 표면 물성 및 금속 박막과의 접착력을 알아보기 위하여 구리 박막을 증착한 후 반사율 측정 및 접착력 테스트를 수행하였다. 고분자 표면 처리에 많이 사용되는 산소 분위기 가스를 넣어주면 서 아르곤 이온빔 조사를 수행한 경우는 $1\times10^{16}\;ions/cm^2$부터 금속과의 접착력이 확보되었으나 SEM표면 관찰 결과 그의 표면이 침상 형상으로 변함을 알 수 있었다. 수소 이온으로 PTFE표면 개질을 수행하면 표면 형상은 변하지 않았으나 접착력 또한 증가하지 않았다. 그러나 수소 이온 조사시 산소 분위기 가스를 사용하면 $5\times10^{16}\;ions/cm^2$ 부터 접착력이 향상되었으며 표면도 침상형상으로 변하지 않았다. PTFE 표면 위에 구리 박막 증착 후 반사도 측정함으로써 수소 이온과 산소 분위기 가스를 사용한 경우가 표면 물성이 아르곤 이온을 사용하였을 때 보다 더 우수함을 확인하였다. 다양한 산소 유량에서 수소 이온을 조사한 결과 표면 형상 및 접착력은 산소 유량에 많이 의존함을 확인하였고 따라서 적당한 산소 분위기 가스 유량에서 수소 이온을 PTFE 표면에 조사한다면 금속과의 높은 접착력 및 우수한 표면 물성을 얻을 수 있음을 알 수 있었다.