學位論文

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2012 - 20162

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    Ni-P-PTFE複合層化學鍍製備與其抗沾黏特性之研究
    (2012) 張明成
    鎳磷合金(Ni-P alloy)有優異的硬度(> 600 Hv)、耐磨耗及化學耐蝕性，已為機械、模具、汽車、光電及電子製造等領域廣泛的應用。聚四氟乙烯(鐵氟龍) (poly-tetra-fluoro-ethylene, PTFE)亦具有優異之自潤滑性(摩擦係數極低)、表面抗粘黏性、超疏水自潔性、耐腐蝕性、絕緣性，在生化、醫療與食品相關器具已有廣泛應用。模造成型之模仁表面如沉積 PTFE之薄膜，可使模仁具有極佳之脫模與離型效果，避免壓印或射出成型之高分子材料沾黏於模仁表面，特別是當進行微/奈米等級結構之成型時，此沾黏現象特別容易發生。然而，此PTFE薄膜一般是以蒸鍍、旋鍍、噴塗、浸漬等方式塗佈於模仁表面，則於脫模離型過程中PTFE薄膜容易產生剝離脫落現象，致使模仁的耐用性不佳，故必須提出其他有效的解決方案。 因此，本研究在化學鍍(無電鍍)(electroless plating)鎳磷合金(Ni-P alloy)的程序中，加入0.2 μm之PTFE顆粒，以進行Ni-P/PTFE複合層之製備。此複合層在應用時，可兼具鎳磷合金優異之硬度與耐磨耗性，以及PTFE膜之低摩擦係數、超撥水性、高抗沾黏等特性。此外，由於PTFE顆粒均勻地鑲嵌於鎳磷合金鍍層內部與表面，顆粒具有不易脫落的特性，可明顯改善僅PTFE塗覆於模仁表面，所造成之模仁耐用性不佳的缺點。化學鍍實驗中分別控制鍍液pH值、操作溫度，PTFE顆粒添加量、界面活性劑FC-134濃度等參數，探討Ni-P/PTFE複合層之析鍍速率、複合層中PTFE之沉積量、微硬度的影響，以及與抗沾黏、自潔性、防污性功能相關之接觸角特性。 實驗結果顯示鍍浴的pH值必須控制在4.80-4.92範圍內，以維持鍍液的穩定性。溫度的提升，析鍍膜可獲得較佳之接觸角度，但隨著浴溫的增加，析鍍速率反而會減少，例如，在85 ℃操作條件下鍍層的接觸角為113.47o、鍍率為15.8 m/hr，95℃時接觸角為146.29o、鍍率為5.7 m/hr。析鍍時間與沉積厚度呈線性關係，時間愈長可得較厚之薄膜，但鍍液中PTFE含量超過7.5 cc/L，沉積速率受到限制反而減緩。杜邦公司(Du Pont)的PTFE懸浮液，其鍍層品質深受界面活性劑FC-134的影響，其最佳條件為95 ℃鍍液含300 mole/L FC-134、PTFE含量7.5㏄/L、化鍍20 min，可得接觸角度140.01°，鍍層厚度6.5 m、平均硬度173.54 Hv。使用日本World Metal Co, LTD 的PTFE懸浮液，其鍍液可以不使用FC-134，在95℃浴溫、PTFE含量7.5㏄/L、化鍍20 min的最佳條件下，可得接觸角度147.70°，鍍層厚度5.5 m、平均硬度160.80 Hv。目前的研究進度已獲得超疏水性之Ni-P-PTFE複合層，並應用析鍍於具有微結構之Ni-Co模仁表面，可得接觸角141.42°，且實際進行熱印壓模(Hot embossing)之測試，經過壓膜與脫膜實驗後，量測接觸角為137.89°。因此，本研究所製備之Ni-P-PTFE複合層有抗沾黏的能力，可助Ni-Co模仁之離型性效果。
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    石墨烯應用於染料敏化太陽能電池之研製
    (2016) 賴禹承; Lai, Yu-Cheng
    本研究主要分為兩個目的，第一個主要是利用常壓化學氣相沉積法(Atmospheric pressure chemical vapor deposition, APCVD)在大面積銅箔(20 cm * 30 cm)成長出品質均勻之石墨烯。透過拉曼光譜分析已證實可成長出I2D/IG比值為2~4左右之單層石墨烯(Single-layer graphene, SLG)。若將製程優化，期望能應用在染料敏化太陽能電池(Dye-sensitized solar cell, DSSC)的電極。第二個目的是透過化鍍技術，在機械剝離法所製備高品質石墨烯表面複合鉑(Pt)及鉑釕合金(PtRu)奈米顆粒，並用來作為DSSC之對電極材料。藉由Pt及PtRu奈米顆粒之高比表面積(High specific surface area)，以及石墨烯與Pt之電極催化特性，以提升整體DSSC之轉換效率。化鍍製程是先將Pt之前驅物六氯鉑酸氫、釕前驅物氯化釕與石墨烯，加入還原劑乙二醇、緩衝溶液乙酸-氫氧化鈉，分別製作出石墨烯/Pt及石墨烯/PtRu複合材料，並將複合材料滴佈於導電玻璃基板上形成對電極。本研究所製備出之複合材料透過SEM、EDS及TEM量測，證實已成功將Pt及PtRu均勻複合於石墨烯表面，從結果得知石墨烯/Pt粒徑分布為1.5 nm~5.0 nm，平均在3.5 nm~4.0 nm占最多，其平均電阻值為2.73 Ω；而石墨烯/PtRu粒徑則是分布在2~4 nm，平均在2.5 nm占最多，其平均電阻值為6.44 Ω。經封裝組合成DSSC元件後，比較濺鍍法製備Pt膜、單純石墨烯膜、石墨烯/Pt及石墨烯/PtRu四種電極的轉換效率，分別為1.52 %、0.64 %、2.08 %、1.35 %。實驗結果顯示，石墨烯結合Pt後因為電性及催化特性較好，因此具有較高轉換效率，而在石墨烯/PtRu的部分也接近使用濺鍍法製備Pt膜所得到之轉換效率，透過簡易化鍍方法來製備複合材料，可減少製程所需成本，以及提升整體DSSC之轉換效率。