This study investigated the effects of charged particle beam irradiation on the surface wettability of polymer and metal oxide materials. He ions were utilized as the charged particles and irradiated onto the hydrophobic surfaces of polystyrene and high-density polyethylene, as well as the hydrophilic surface of alumina, under high-energy conditions. Irradiated materials exhibited enhanced chemical reactivity, accompanied by surface oxidation. Interestingly, although no significant changes in surface morphology were observed for both the polymer and metal oxide surfaces, there was a notable modification in the chemical structure of the surfaces. On the polymer surface, as the fluence of beam irradiation increased, the contact angle tended to decrease, indicating a weakening of hydrophobicity. Moreover, the nitrogen species generated by high-energy ion beam irradiation formed amide bonds on the surface. In the case of alumina, an increase in beam fluence resulted in an elevated number of oxygen vacancies on the surface, diminishing the inherent hydrophilicity of the metal oxide. Additionally, fluorine species formed under high-energy conditions, contributing to the formation of robust hydrophobic functional groups on the surface.
본 연구에서는 폴리머 및 금속산화물 표면에 하전 입자빔을 조사하여 빔 에너지 및 빔 조사량에 따른 표면 젖음 특성 영향을 살펴본다. 하전 입자로 활용한 헬륨 이온은 소수성 재료인 폴리스티렌과 고밀도 폴리에틸렌 및 친수성 재료인 산화 알루미늄 표면에 고에너지로 조사되어 각각 친수성 작용기 및 소수성 작용기의 생성을 유도하였다. 또한, 이온 빔이 조사된 재료는 화학반응성이 증대되어 표면 산화가 관찰되었다. 한편, 폴리머 및 금속 산화물 모두에서 이온 빔 조사에 의한 표면 구조 변화는 나타나지 않아 효과적으로 표면의 화학 구조만을 변화시켰다. 폴리머 표면에서는 빔 조사량이 증가할수록 접촉각이 감소하는 경향이 나타나며 소수성이 약화되었고, 고에너지 이온 빔 조사에 의해 생성된 질소 원소는 표면에 아마이드 결합을 생성하였다. 한편, 산화 알루미늄은 빔 조사량이 증가함에 따라 표면부의 산소 공공이 증가하여 물 분자와의 해리 흡착을 억제해 금속 산화물 고유의 친수성을 효과적으로 약화시켰으며, 고에너지 조건에서 생성된 불소 원소는 표면에 강력한 소수성 작용기를 생성하였다.
