Микро- и нанопористые структуры, получаемые в полимерах при помощи пучков ускоренных тяжелых ионов, страница 3

Зависимость локальной скорости травления V_r от расстояния от оси трека иллюстрирует рис. 3(а). В области радиусом несколько нанометров локальная скорость растворения материала на несколько порядков превышает скорость травления неповрежденного материала. Величина V_r весьма быстро спадает с ростом радиуса, проходит через минимум, после чего медленно растет, асимптотически стремясь к постоянному значению V_¥. Диаметр канала, формирующегося к моменту, когда локальная скорость травления принимает минимальное значение, - это параметр, который удобно использовать как характерный размер центральной части трека. Этот размер соответствует максимальной плотности сшивок. Сердцевина трека окружена диффузной оболочкой, в которой сшивание преобладает над деструкцией. Радиус оболочки по крайней мере на порядок больше, чем радиус избирательно вытравливаемой центральной части трека. Зависимость параметра d^* от ЛПЭ показана на рис. 3(б). На примере ПЭТФ установлено, что размеры сердцевины и оболочки растут примерно пропорционально квадратному корню из ЛПЭ при ее изменении от 3 до 25 кэВ/нм [15, 16]. Для нанотехнологических приложений диаметр сердцевины трека является наиболее важной величиной, поскольку он определяет минимальный масштаб создаваемых  объектов.

Новые виды мембран с порами менее 100 нм. В последние годы были развиты способы, позволяющие получать в полимерных пленках «трековые» нанопоры с контролируемым продольным профилем [20-26]. Было показано, что добавление поверхностно-активных веществ (ПАВ) в травильный раствор может существенно изменить процесс роста поры. Образующиеся на входе в трек агрегаты молекул ПАВ представляют собой барьер для проникновения в трек относительно больших молекул, в то время как гидроксид-ионы диффундируют внутрь практически свободно. Профиль образующихся наноканалов зависит от концентрации щелочи, температуры и вида ПАВ. Варьируя условия, можно управлять формой канала. Возможности данного метода показаны на примере получения профилированных нанопор в полиэтилентерефталате и других полимерах. Развитый метод позволяет оптимизировать форму пор в трековых мембранах и улучшить их эксплуатационные характеристики. Исключая сорбцию ПАВ на одной из сторон мембраны, получают высокопроизводительные мембраны с тонким селективным слоем (Рис. 4). Толщина селективного слоя составляет около 1 мкм, а диаметр канала может изменяться, например, от 20 нм на селективной поверхности до 80-100 нм в толще мембраны. Оптимальное соотношение между диаметром пор в селективном слое и в матрице мембраны находится из условия максимальной производительности при фиксированной объемной пористости [24]. Эксперименты с растворами высокомолекулярных веществ показали высокую эффективность мембран данного типа при ультрафильтрации белков [22, 25].

Рис. 4. Вверху: электронно-микроскопическая фотография поверхности асимметричной трековой мембраны с порами диаметром 20 нм в селективном слое; внизу: скол асимметричной мембраны, демонстрирующий структуру мембраны, включающую тонкий селективный слой и высокопористую матрицу-подложку [21].

Асимметричные нанопоры как «наножидкостные диоды». Работы по моделированию каналов в биологических мембранах при помощи искусственных пор в синтетических материалах привели к обнаружению весьма интересных свойств асимметричных трековых нанопор [27-31]. Заполненные раствором электролита конические поры, имеющие диаметр порядка нескольких нанометров в узкой части, проявляют выраженный эффект выпрямления электрического тока [28-30].  Это свойство связано с наличием диссоциирущих карбоксильных групп на стенках пор, которые обусловливают отрицательный заряд поверхности. В результате, канал переменного сечения представляет собой асимметричный потенциальный барьер для движущихся сквозь канал ионов. Исследование свойств такой системы представляет большой интерес в связи с тем, что биологические ионные каналы функционируют, подчиняясь тем же физико-химическим закономерностям.