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研究生:朱益新
研究生(外文):Yin Shin Chu
論文名稱:奈米級多孔膜片材料之製作與研究
論文名稱(外文):The manufacture of the nanoscale porous membrane material
指導教授:李豐明李豐明引用關係
指導教授(外文):Fon Ming Lee
學位類別:碩士
校院名稱:中國文化大學
系所名稱:材料科學與製造研究所
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:81
中文關鍵詞:奈米科技多孔膜片陽極處理氧化鋁自我排列蜂巢結構
外文關鍵詞:Nano-technologyporous membranealuminumanodizingaluminaself-organizedHoney-comb structure
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奈米科技是材料科學領域裡近年來被廣泛被研究的主題,本論文研究就是以奈米級的多孔膜片作為主題,目的是探討利用陽極處理方法,控制其處理的變數以生成奈米尺度的多孔膜片。將純鋁金屬薄片利用陽極處理的方法,浸入電解液中,施以一特定電流或電壓,將鋁金屬經由電化學的方式氧化成氧化鋁,並生成高密度如蜂巢結構的多孔膜片,並對於陽極處理時的電壓、電流、電解液種類、處理溫度以及試片的前處理等諸變因作探討。
藉由改變變因所得陽極處理後的結果,發現整齊排列的孔洞是由原子的自我排列的過程中形成,並且是從氧化鋁表面隨機分佈的孔洞位置開始。試片的前處理可以使生成的孔洞有好的整齊排列,而陽極處理的條件可以改變生成的孔洞直徑大小。以硫酸為電解液,施以固定電壓21 Volt可以得到15 nm左右的孔徑大小,而施以固定電流20 mA時則可以得到300 nm左右的孔徑大小。膜厚的成長隨著處理的時間而增加,而當溫度越高的時候,電解液對於氧化鋁的溶解速率越快,膜厚的成長速率也跟著下降。
Nano-Technology is the subject which has been researched widely in material science. The objectives of this paper were to explore the anodizing process and discuss the variabilities of forming the nanoscaled porous membrane. By using the anodizing method, we could transform the pure aluminum to alumina and produce the porous membrane which is honey-comb structured. Furthermore, we discuss the variabilities of anodizing process (ie. Voltage, current, electrolyte, temperature and pretreatment).
By discussing the results after anodizing, we found that the ordered arrangement of pores is shown to form by a self-organized process starting from randomly disturbuted pore positions at the surface of alumina. The pretreatment of the aluminum would be result in a ordered pore array and some anodizing conditions could be related to the diameter of the pores. Take sulfuric acid as the electrolyte and offer a voltage of 21 Volt, we could obtain the pore diameter of about 15 nm. While offering a current of 20 mA, we could obtain a pore diameter of about 300 nm. The thickness of the membrane was related to the period of the anodizing process. The longer the process take, the thicker the membrane we obtained. But the process temperature was also related to the thickness. The higher the temperature is, the thinner the membrane we get.
摘要…………………………………………………………...Ⅰ
Abstract………………………………………………………..Ⅱ
目錄…………………………………………………………...Ⅳ
圖目錄………………..……………………………………….Ⅵ
表目錄……………………………………………………...ⅩⅠ
第一章 緒論..………………………………………………….1
第二章 文獻回顧…………………………………………….4
2.1 傳統的陽極處理方法……………………………………….………4
2.1.1何謂鋁陽極處理…………………………………………….…….4
2.1.2 薄膜形成的機制……………………………………………….….6
2.1.3 薄膜厚度的限制……………………………………………….….9
2.1.4 不同電解質的陽極處理技術……………..………………….….11
2.2 陽極處理近年來在製作奈米級多孔膜片上的應用……………...20
第三章 實驗方法與步驟……………………...……………27
3.1 試片與試片的前處理………………………………………….…..27
3.2 實驗的控制條件……………………………………………….…..28
3.3 實驗的儀器裝置…………………………………………………...28
3.4 矽陽極處理程序…………………………………………………..29
3.4 試片的觀察……………………………………………….………..31
第四章 結果與討論……………………………...…………33
4.1 鋁陽極處理所製作出來的樣品外觀………………………….…..33
4.2 奈米級孔洞的成長過程 ……………………………………..….34
4.3 製作上下皆開孔的多孔膜片………………………………...……41
4.4 規則(ordered)與不規則(nonordered)孔洞的差別……………..….43
4.5 在陽極處理時控制電流或控制電壓的差異…………..………....45
4.5.1 控制電流.…………………………………………………….…45
4.5.2 控制電壓…………………………..……………………...……..48
4.6 陽極處理的時間與溫度對於膜厚的關係…….…………….……56
4.7 施加應力造成壓痕後的陽極處理………………………………...61
4.8 多孔矽…………………………………………………………..…65
4.8.1 矽陽極處理的孔洞成長過程……………………………………65
4.8.2 矽陽極楚理時間對孔道深度的關係……………………………70
第五章 結論………………………………………………...74
第六章 參考文獻…………………………………………...79
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