臺灣博碩士論文加值系統

本論文旨在探討將二氧化鈦與三氧化鎢做結合並分析其電致色變與光催化特性。實驗首先以磁控式濺鍍沉積純鎢薄膜，利用熱化學氣相沉積系統對純鎢薄膜進行二步退火的方式成長三氧化鎢奈米線，接著在沉積純鈦薄膜於三氧化鎢奈米線上，最後再利用熱化學氣相沉積系統合成出二氧化鈦/三氧化鎢核殼結構。我們藉由場發射電子顯微鏡觀察二氧化鈦/三氧化鎢核殼結構之表面型態，並利用X-ray繞射儀分析其晶格結構。接著利用電化學分析儀與紫外光/可見光光譜儀證實其結構有很高之擴散係數(8.6×10-10 cm2/s)，很快的著、去色響應時間(著色時間2.9s，去色時間0.8s)以及有很好的穿透率差異(36.57)與光學密度(0.72)，其著色效率達到了110.8 cm2/C，最後利用霍氏轉換紅外光譜儀與水接觸角量測儀證實其結構擁有良好的光催化特性。
實驗接著以磁控式濺鍍沉積純鎢薄膜，然後在沉積純鈦薄膜於純鎢薄膜上，利用熱化學氣相沉積系統對純鈦/純鎢薄膜進行退火合成出二氧化鈦/三氧化鎢複合結構。我們利用電化學分析儀與紫外光/可見光光譜儀得出其結構有很高之擴散係數(1.8×10-9 cm2/s)，很快的著、去色響應時間(著色時間5.1s，去色時間2.6s)以及有很好的穿透率差異(48.5)與光學密度(1.09) ，其著色效率達到了194.64 cm2/C，最後利用霍氏轉換紅外光譜儀與水接觸角量測儀得出其結構擁有良好的光催化特性。
因此，將二氧化鈦與三氧化鎢結合之電致色變元件相信是更適合作為智慧型節能玻璃未來研究方向。

The purpose of this research is to combine the titanium oxide material with tungsten oxide material, and we analyze its characteristic of electrochromism and photocatalysis. In this work, the tungsten films were deposited on ITO substrate and prepared in reactive DC magnetron sputtering system. The as-deposited samples were subsequently subjected to thermal annealing in quartz tube furnace with a 2-step heat treatment. The tungsten oxide nanowires were synthesized self-catalytically on ITO substrate. Then the titanium films were deposited on the tungsten oxide nanowires. After that the as-deposited samples were subsequently subjected to thermal annealing in quartz tube furnace with a 2-step heat treatment. The TiO2/WO3 core-shell structure was synthesized finally. The electrochemical analysis shows the TiO2/WO3 core-shell structure have a high diffusion coefficient (8.6×10-10 cm2/s), fast electrochromic response time (coloration time 2.9s, bleaching time 0.8s), tremendous transmittance difference (36.57%), and beneficial ability of photodegradation.
Furthermore, the tungsten films were deposited on ITO substrate and prepared in reactive DC magnetron sputtering system. Then the titanium films were deposited on the as-deposited samples. The TiO2/WO3 composite structure was finally synthesized by annealing the Ti/W films. The electrochemical analysis shows the TiO2/WO3 composite structure have a high diffusion coefficient (1.8×10-9 cm2/s), fast electrochromic response time (coloration time 5.1s, bleaching time 2.6s), tremendous transmittance difference (48.5%), and beneficial ability of photodegradation.
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Therefore, the electrochromic device with the combination of titanium oxide and tungsten oxide will be suit for the development of energy-saving smart windows.

目錄
中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖目錄 v
表目錄 vi

第一章 緒論 12
第二章 文獻回顧 14
2.1 三氧化鎢結構、性質與應用 14
2.2 二氧化鈦結構、性質與應用 17
2.3 智慧型變色玻璃簡介 19
2.3.1 光致色變原理 19
2.3.2 熱致色變原理 20
2.3.3 電致色變原理 21
2.4 光催化原理介紹 24
2.4.1 自潔原理 25
2.4.2 光降解原理 26
第三章 實驗方法 28
3.1實驗流程 28
3.2 二氧化鈦/三氧化鎢核殼結構之製備 28
3.2.1 玻璃基板前處理 28
3.2.2 三氧化鎢奈米線之合成 29
3.2.3 鈦金屬薄膜之沉積 32
3.2.4 二氧化鈦/三氧化鎢核殼結構之合成 33
3.3 二氧化鈦/三氧化鎢複合結構之製備 34
3.3.1 玻璃基板前處理 34
3.3.2 鈦/鎢金屬薄膜之沉積 34
3.3.3 二氧化鈦/三氧化鎢複合結構之合成 35
3.4 實驗分析儀器介紹 37
3.4.1 場發射掃描式電子顯微鏡 (FE-SEM) 37
3.4.2 X-ray 繞射儀 (XRD) 37
3.4.3 紫外光/可見光光譜儀 (UV/VIS) 38
3.4.4 電化學分析儀 39
3.4.4.1 循環伏安法 (Cyclic voltammetry, CV) 40
3.4.4.2 計時安培法 (Chronoamperometry, CA) 41
3.4.5 水接觸角量測儀 41
3.4.6 油酸/硬脂酸固定化製備 42
3.4.7 霍氏轉換紅外光譜儀 (FTIR) 42
第四章 結果與討論 44
4.1 二氧化鈦/三氧化鎢核殼結構應用於多功能智慧型玻璃之探討 44
4.1.1 結構特性分析 44
4.1.2 電致色變特性分析 49
4.1.3 光學穿透率分析 53
4.1.4 自潔功能穩定性量測分析 57
4.1.5 光降解油酸/硬脂酸之量測分析 59
4.2 二氧化鈦/三氧化鎢複合結構應用於多功能智慧型玻璃之探討 64
4.2.1 結構特性分析 64
4.2.2 電致色變特性分析 69
4.2.3 光學穿透率分析 73
4.2.4 自潔功能穩定性量測分析 77
4.2.5 光降解油酸/硬脂酸之量測分析 79
4.3 核殼結構與複合結構多功能智慧型玻璃之比較 84
第五章 結論與未來展望 87
參考文獻 88

[1] K. Bange, " Colouration of tungsten oxide films: A model for optically active coatings", Solar Energy Materials & Solar cells, Vol.58, pp.1-131(1999)
[2] Per, K., Nonstoichiometry Diffusion and Electrical Conductivity in Binary Metal Oxides, John Wiley & Sons, Inc., N.Y., (1972).
[3] A. Bugaev, Sov. Phys. Solid State, 26(11) 1984 2100-2101
[4] M.A. Fox, M.T. Dulay, Chem. Rev., 93 : pp.341-357, 1993.
[5] K.I. Okamoto, Y. Yamamoto., H. Hanaka, M. Tanaka, Bull. Chem. Soc. Jpn., 58 : pp.2015-2022, 1985.
[6] 林有銘，無所不在的環境清潔工 奈米光觸媒，科學發展月刊，408 (2006).12，24-31頁
[7] C.C. Liao, F.R. Chen, J. J. Kai, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 91 (2007) 1258.
[8] M.J. Alam and D.C. Cameron, Thin solid films, 420-421 (2002) 76.
[9] S.J. Yoo, J.W. Lim, Y.E. Sung, Y.H. Jung, H.G. Choi, and D.K. Kim, Applied Physics Letters, 90 (2007) 173126 (1).
[10]呂信德，磁控濺鍍TiO2-WO3複合膜光催化性質之研究，國立成功大學資源工程系博士論文，2003。
[11] Mills, A., Elliott, N., Parkin, I.P., O’Neill, S.A. and Clark, R.J., “Novel TiO2 CVD Films for Semiconductor Photocatalysis,” J. Photochem. Photobiol. A: Chem., 151, 171 (2002).
[12] A. Mills, M. McFarlane , “Current and Possible Future Methods of Assessing the Activities of Photocatalyst Films,” Catal. Today, 129, 22 (2007).
[13] 何國川，“電化學與無窗簾時代＂，化工，第 37 卷，第3 期，1990年，32-41 頁。
[14] 焦小浣，“光窗透明材料的實驗研究＂，太陽學報，第8 卷，第4 期，1997 年，365-370 頁。
[15] 楊明長, 電致色變系統簡介, 化工 40, No. 2 (1993) 64-67.
[16] Gang Gu, Bo Zheng, W.Q.Han, Siegmar Roth, and Jie Liu. Nano Lett., Vol.2, No.8, (2002)
[17] C.G. Granqvist, E. Avendano, A. Azens, Journal of Thin solid films 442 (2003) 201-211
[18] M. Deepa, A.G. Joshi, A.K. Srivastava, S.M. Shivaprasad, and S.A. Agnihotry, J. Electrochem. Soc., 153 (2006) C365
[19] L. Gao, Q. Li, Z. Song, J. Wang, Sensors and Actuators B 71 (2000) 179-183
[20] 林俊誠，氧化鎢奈米線之合成與特性分析，國立台灣科技大學光電工程所碩士論文，2009。
[21] Y. Rico1, J. C. Bidegain1 and C. I. Elsner, "Synthetic and natural Iron oxide characterization through microparticle voltammetry",Geofísica Internacional 48 (2), 221-236 (2009)
[22] P.R. Somani and S. Radhakrish, Chemistry and Physics, 77 (2002) 177
[23] S. Balaji, Y. Djaoued, A.S. Albert, R.Z. Ferguson, and R. Bruning, Chem. Mater., 21 (2009) 1381
[24] M.Z. Najdoski and T. Todorovsli, Materials Chemistry and Physics, 104 (2007) 483.
[25] Granqvist, C.G. Sol. Energy Mater. Sol. Cells., 92 (2008) 203
[26] M. Deepa, A.K. Srivastava, K.N. Sood, and S. A. Agnihotry, Nanotechnology, 17 (2006) 2625
[27] S.J. Yoo, J.W. Lim, Y.E. Sung, Y.H. Jung, H.G. Choi, and D.K. Kim, Applied Physics Letters, 90 (2007) 173126 (1)
[28] S.J. Yoo, Y.H. Jung, J.W. Lim, H.G. Choi, D.K. Kim, and Y.E. Sung, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 92 (2008) 179
[29] B. Tryba, M. Piszcz and A.W. Morawski, The Open Materials Science Journal, 2010, 4, 5-8
[30] A. Nakajima, K. Hashimoto, and T. Watanabe, Langmuir 2000, 16, 7044-7047
[31] M. Stamate and G. Lazar, MOCM 13 – Volume 3 – Romanian Technical Sciences Academy (2007) 280