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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳嘉祈
研究生(外文):Gia-Chi Chen
論文名稱:帶電高分子包覆逆微胞奈米微粒以製備具平滑表面之核殼粒子
論文名稱(外文):Preparation of Core/Shell Particles of Smooth Surface via Layer-by-Layer Coating of Reverser Micelle Nanoparticles with Polyelectrolytes
指導教授:呂世源
指導教授(外文):Shih-Yuan Lu
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:化學工程學系
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:2003
畢業學年度:91
語文別:中文
論文頁數:65
中文關鍵詞:核殼粒子逐層包覆硫化鎘硫化鋅二氧化矽二氧化鈦
外文關鍵詞:core/shell particleslyaer-by-layer coatingsiliverCdSZnSsilicatitania
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核殼奈米粒子為複合奈米粒子的一種,它藉由在核心的外層被覆一層其它物質,如高分子、半導體、陶瓷或金屬等,來改變粒子的整體性質,如反應性、物理性質、光電特性等以達成特殊的功用。
核殼奈米粒子製備的方法有許多種,可大略分為表面反應生成、表面吸附生成、綜合法和乳化/相分離技術四類,近年來雖然有許多相關核殼奈米粒子的研究,但在一些特殊材料的包覆,如金屬奈米粒子由於其疏玻性(vitreophobic),使其容易異相凝集在陶瓷粒子表面,因此需要先進行表面官能化處理後才能獲得較好的包覆結果,但對於不同的材料而言,表面修飾的方法可能有所不同,容易造成製備過程的複雜化,故本研究將嘗試利用逆微胞法製備金屬、半導體和陶瓷等材料的奈米微粒,配合帶電高分子逐層自裝組程序,利用靜電作用力、疏水作用力和分子鏈間的交纏,將這些包覆界面活性劑的奈米粒子吸附到二氧化矽粒子的表面,最後再利用鍛燒去除高分子,並使奈米粒子燒結形成一完整平滑的殼層,若此方法可行,將可適用於許多不同材料核殼粒子的製備,並且可令製備的步驟簡單化。
經由SEM、EDS、UV-Vis、FT-IR、PL、表面電位和溶解速率等檢測,證明銀、硫化鎘、硫化鋅和二氧化鈦等材料確有包覆在二氧化矽粒子表面且其殼層平滑並無明顯的凹凸不平,另外此製程還可藉由吸附的次數和二氧化矽粒子與逆微胞奈米粒子間的相對濃度來控制殼層的厚度。

The preparation of core-shell particles attracts a lot of attention in recent years, because core-shell particles own many advantages over sample particles. For example, one can apply different surface materials to adjust the physical, chemical or optoelectronic properties of plain particles.
In this thesis, we try to prepare smooth-surface core-shell particles via layer-by-layer coating of reverse micelle nanoparticles with polyelectrolytes. First, we adsorb a layer of PAH on the surface of silica to change the surface property from hydrophilic to hydrophobic. The reverse micelle nanoparticles are adsorbed by hydrophilic force. Then we adsorb PSS on the surface of particles coated with reverse micelle nanoparticles to help next adsorption of reverse micelle nanoparticles and repeat the process until the desired thickness of shell achieved. Finally, we calcine them at suitable temperatures to get core-shell particles of smooth surface.
According to EDS, UV-Vis and PL measurement, the characteristic peaks of silver, zinc sulfide, cadmium sulfide and titanium dioxide are observed, so these materials are successfully coated on the surface of silica particles. And from SEM pictures, we can see the shell is smooth. Besides, we also find the zeta potentials and dissolution rates are very different between core-shell particles and plain silica particles. These phenomena also give evidence for formation of core-shell particles.
Finally, we use the adsorption cycle number and relative concentration of silica particles to reverse micelle nanoparticles to control the thickness of shell. According to EDS and UV-Vis measurement, we conclude the amount of silver increases when adsorption cycle number increases or relative concentration of silica particles to reverse micelle nanoparticles decreases.

中文摘要 I
英文摘要 II
總目錄 III
表目錄 V
圖目錄 VI
一、前言 1
二、文獻回顧 3
2.1核殼粒子的製備 3
2.1.1 表面反應生成 3
2.1.2 表面吸附生成 9
2.1.3 綜合法 14
2.1.4 乳化/相分離技術 16
2.2以逆微胞製備奈米粒子 18
2.2.1界面活性劑 18
2.2.2微胞與逆微胞 18
2.2.3逆微胞法製備奈米粒子之程序 20
三、實驗方法 22
3.1實驗藥品 22
3.2實驗設備與分析儀器 24
3.2.1實驗設備 24
3.2.2分析儀器與原理 25
3.3實驗步驟 27
3.3.1二氧化矽粒子之製備 27
3.3.2以逆微胞製備奈米銀粒子 27
3.3.3以逆微胞製備奈米硫化鎘粒子 27
3.3.4以逆微胞製備奈米硫化鋅粒子 27
3.3.5以逆微胞製備奈米二氧化鈦粒子 28
3.3.6以逆微胞奈米微粒配合帶電高分子製備核殼複合粒子 28
3.3.7鍛燒步驟 31
3.3.8溶解速率的測定 31
3.3.9吸附次數對於銀/二氧化矽相對量之影響 31
3.3.10二氧化矽粒子/銀逆微胞溶液相對濃度對於銀/
二氧化矽相對量之影響 31
四、結果與討論 32
4.1二氧化矽粒子之製備 32
4.2以逆微胞法製備Ag, ZnS, CdS, TiO2奈米微粒 34
4.3核殼複合粒子的製備 39
4.3.1 SEM、EDS與FT-IR檢測 41
4.3.2核殼粒子之zeta potential檢測 47
4.3.3核殼粒子之UV-Vis與PL檢測 48
4.4二氧化矽粒子與核殼粒子溶解速率的測定 51
4.5吸附次數對於銀/二氧化矽相對量之影響 54
4.6二氧化矽粒子/銀逆微胞溶液相對濃度對於銀/
二氧化矽相對量之影響 56
五、結論 59
六、參考文獻 61
表 目 錄
表2.1 常見各類型的界面活性劑 19
表4.1 CdS、ZnS與TiO2之塊材能隙、有效質量與介電常數 35
表4.2 各包覆層之zeta potential數值 40
表4.3 各種核殼粒子之zeta potential數值 47
表4.4 二氧化矽與各核殼粒子之相對散射強度結果 53
圖 目 錄
圖2.1 利用多孔洞三氧化二鋁薄膜製備核殼粒子之示意圖 3
圖2.2 利用表面限制活性自由基聚合製備核殼粒子示意圖 4
圖2.3 中孔洞殼層中空碳球之製備示意圖 5
圖2.4 (A)ZnS/SiO2核殼粒子(B)SiO2/ZnS核殼粒子 6
圖2.5 Ag/SiO2奈米核殼粒子 6
圖2.6 利用模板規則排列聚苯乙烯球進而製備二氧化鈦及二
氧化鋅中空球示意圖 7
圖2.7 (A)二氧化矽/鎳核殼粒子之TEM照片
(B)二氧化矽/鈷核殼粒子之TEM照片 8
圖2.8 不同反應條件下之聚苯乙烯/銅核殼粒子TEM照片 9
圖2.9 不同反應條件下之聚苯乙烯/銀核殼粒子TEM照片 10
圖2.10 逐層自組裝程序示意圖 10
圖2.11 逐層自裝組製備核殼粒子示意圖 11
圖2.12 DZR與PSS光催化示意圖 12
圖2.13 以異相凝集法製備核殼粒子示意圖 13
圖2.14 以胺根-醛根或卵白素-維生素H之相互作用力
製備製SiO2/PS核殼粒子示意圖 14
圖2.15 SiO2/Pd核殼粒子、中空球製備示意圖 15
圖2.16 (A)MF/Ag核殼粒子之螢光共焦顯微鏡照片
(B)MF/Ag核殼粒子之TEM照片 15
圖2.17 以異戊二烯/丙烯酸團聯共聚物製備核殼粒子和中空球之示意圖 16
圖2.18 以微乳液聚合法製備聚苯乙烯中空球示意圖 17
圖2.19 不同類型微胞示意圖 19
圖2.20 奈米粒子在逆微胞中形成之程序 20
圖3.1 二氧化矽粒子製備流程圖 29
圖3.2 以逆微胞法製備奈米微粒流程圖 29
圖3.3 核殼粒子製備流程圖 30
圖4.1 二氧化矽粒子尺寸之重量平均分佈 33
圖4.2 二氧化矽粒子尺寸之數目平均分佈 33
圖4.3 二氧化矽粒子之SEM照片 34
圖4.4 硫化鎘在AOT溶液中之UV-Vis吸收圖譜 36
圖4.5 硫化鋅在AOT溶液中之UV-Vis吸收圖譜 36
圖4.6 二氧化鈦在AOT溶液中之UV-Vis吸收圖譜 37
圖4.7 硫化鎘在AOT溶液中之PL圖譜 37
圖4.8 硫化鋅在AOT溶液中之PL圖譜 38
圖4.9 銀在AOT溶液中之UV-Vis吸收圖譜 38
圖4.10 殼核粒子製備示意圖 39
圖4.11 吸附過程zeta potential之變化圖 40
圖4.12 AOT和二氧化矽粒子之FI-IR光譜 41
圖4.13 逐層吸附中各層之FT-IR光譜 41
圖4.14 未鍛燒之SiO2/Ag核殼粒子SEM照片 42
圖4.15 未鍛燒之SiO2/CdS核殼粒子SEM照片 42
圖4.16 未鍛燒之SiO2/ZnS核殼粒子SEM照片 42
圖4.17 未鍛燒之SiO2/TiO2核殼粒子SEM照片 43
圖4.18 AOT在空氣與氮氣下之TGA檢測 44
圖4.19 400度鍛燒後SiO2/Ag核殼粒子SEM照片 44
圖4.20 500度鍛燒後SiO2/CdS核殼粒子SEM照片 44
圖4.21 500度鍛燒後SiO2/ZnS核殼粒子SEM照片 45
圖4.22 500度鍛燒後SiO2/TiO2核殼粒子SEM照片 45
圖4.23 鍛燒後各種核殼粒子與二氧化矽之FI-IR光譜 45
圖4.24 二氧化矽/銀核殼粒子之EDS圖譜 46
圖4.25 二氧化矽/硫化鎘核殼粒子之EDS圖譜 46
圖4.26 二氧化矽/硫化鋅核殼粒子之EDS圖譜 46
圖4.27 二氧化矽/二氧化鈦核殼粒子之EDS圖譜 47
圖4.28 二氧化矽/銀核殼粒子之UV-Vis吸收圖譜 48
圖4.29 二氧化矽/硫化鎘核殼粒子之UV-Vis吸收圖譜 49
圖4.30 二氧化矽/硫化鋅核殼粒子之UV-Vis吸收圖譜 49
圖4.31 二氧化矽/二氧化鈦核殼粒子之UV-Vis吸收圖譜 50
圖4.32 二氧化矽/硫化鎘核殼粒子PL圖譜 50
圖4.33 二氧化矽/硫化鋅核殼粒子PL圖譜 51
圖4.34 二氧化矽粒子之散射強度圖譜:(a)剛加入0.5%HF,(b)10min後 52
圖4.35 二氧化矽/銀核殼粒子之散射強度圖譜:
(a)剛加入0.5%HF,(b)10min後 52
圖4.36 二氧化矽/硫化鎘核殼粒子之散射強度圖譜:
(a)剛加入0.5%HF,(b)10min後 52
圖4.37 二氧化矽/硫化鋅核殼粒子之散射強度圖譜:
(a)剛加入0.5%HF,(b)10min後 53
圖4.38 二氧化矽/二氧化鈦核殼粒子之散射強度圖譜:
(a)剛加入0.5%HF,(b)10min後 53
圖4.39 兩層銀殼層核殼粒子之EDS圖譜 54
圖4.40 四層銀殼層核殼粒子之EDS圖譜 55
圖4.41 六層銀殼層核殼粒子之EDS圖譜 55
圖4.42 吸附次數與銀原子比之關係圖 56
圖4.43 不同層數銀殼層之UV-Vis吸收圖譜 56
圖4.44 0.02g silica/7.5ml Ag核殼粒子之EDS圖譜 57
圖4.45 0.01g silica/7.5ml Ag核殼粒子之EDS圖譜 57
圖4.46 0.002g silica/7.5ml Ag核殼粒子之EDS圖譜 58
圖4.47 不同二氧化矽粒子濃度製備之核殼粒子UV-Vis吸收圖譜 58

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