臺灣博碩士論文加值系統

本研究主要是嘗試利用不同的方式，在同一晶片上產生不同的親水性，讓同一晶片上產生親水區(hydrophilic)與疏水區(hydrophobic)，並且將之應用到微型燃料電池中的產物-水，收集上。
　　在本研究中皆以厚膜光阻SU8來作為流道結構，提供了四種不同方式，第一種是直接以氧電漿搭配不同光阻作為阻擋層，第二種方式則是以SAMs(Self assembly Monolayers)搭配lift off金方式，第三種則是以直接滴入SAMs溶液於金披覆的流道中，第四種則是利用鐵弗龍(Teflon)lift off加上氧電漿親水處理，來達到同一晶片上流道內親水與流道外疏水的機制。
經過液滴與蒸氣的實驗，本研究確實可以讓滴在流道與非流道介面上的液珠大部分被帶入流道中，在蒸氣凝結上，也可讓大部份的蒸氣先凝結於親水的流道內並且帶走。
　　本研究結果除了可以應用道微型燃料電池內的液體回收外，在生醫輸送系統，電子構裝冷卻系統，以及微型統體分析系統(μＴＡＳ)上，皆能有其發揮之處。

This research focuses on the methods of making the different hydrophilic ability of a chip. We will apply this to the collect the product of micro fuel cell- water.
In this research, we use the thick photo resist-SU8 to establish the structure of micro channel. We try four different methods to make the different hydrophilic ability of a chip. First, we directly use several kinds of photo resists as the resist layer against O2 plasma hydrophilic treating. Second, we try SAMs coating on Au with lift off process. Third, we directly drop the liquid contained SAMs into micro channels coated by Au. Finally, Teflon by lift of process is used as hydrophobic material and O2 plasma treats the hydrophilic micro channels. All the methods can reach the goal of different hydrophilic abilities, but not to the same degree.
In the testing of droplets, it is proved that the hydrophilic micro channels can take away most droplets. And in vapor test, we find most vapors condensed in hydrophilic channels.
Besides the collection of water in micro fuel cells, the test result of this research can also apply in drug delivery, cooling of electronic devices, and μTAS.

總 目 錄
摘要 I
Abstract II
總目錄 III
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 X
目 錄
第一章 研究動機 1
1.1前言 　　　1
1.2 燃料電池簡介 4
1.3 研究動機與目的 9
第二章 文獻回顧 13
2.1溫度對表面張力的效應影響 13
2.2利用SAMs方式進行表面處理 16
2.3微流體流經不同截面時截面上壓降變化 26
第三章 實驗設計 29
3-1整體架構設計 29
3-1-1部份親水處理設計 29
3-1-2 流道幾何結構與尺寸設計 31
3-2部份親水處理製程 　34
3-2-1氧電漿親水處理法　 　　　　　　　 　　　 　 35 3-2-2 ＳＡＭs親水處理法 51
3-2-3 鐵弗龍搭配lift off部份親水處理法 58
第四章 目前研究成果與討論 61
4-1製程結果討論 61
4-1-1以氧電漿法作親水處理製程結果討論 61
4-1-2 以lift off 搭配SAMs方式作部份親水處理 66
4-1-3 直接滴入含SAMs微流體方式作部份親水處理 68
4-1-4 鐵弗龍搭配lift off部份親水處理法 71
4-1-5 斜面微流道製程與結果 76
4-2量測方法與儀器說明　　　　　　　　　　　　　　　　80
4-3液滴測試結果　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　83
4-4 蒸氣測試結果 110
第五章 結論與未來工作方向 114
5-1 目前結果 114
5-2 未來研究方向與建議 116
參考資料 117
圖目錄
圖1-2-1燃料電池示意圖　　　　　　　　　　　　　　　　　4
圖1-3-1本研究於微型燃料電池中的位置示意圖　　　　　　　10
圖1-3-2 接觸角示意圖 11
圖1-3-3 不同親水性表面下流體移動趨勢圖 11
圖2-1-1 溫度梯度之親水系統 14
圖2-1-2 溫度梯度之非親水系統 14
圖2-2-1 SAMs的基本結構示意圖 17
圖2-2-2 contact printing的製程示意圖 21
圖2-2-3 浸泡式與壓印式的厚度表比較　　 22
圖2-3-1 流體在流道內截面積改變時接觸角示意圖　　　　　　26
圖2-3-2 漸縮流道理論推導圖 27
圖3-1-1 流道幾何結構圖示　　　　　　　　　　　　　　　　31
圖3-1-2接觸角為九十度的液滴示意圖 32
圖3-1-3流道間距設計示意圖　　　　　　　　　　　　　　　33
圖3-2-1 以AZ5214E當作阻擋層製程示意圖　　　　　　　　　36
圖3-2-2 以AZ4620P當作阻擋層製程示意圖 42
圖3-2-3 以黑光阻當作阻擋層製程示意圖 46
圖3-2-4 lift-off金的SAMs部分親水處理製程圖 52
圖3-2-5 直接滴入含SAMs流體部分親水處理製程圖 56
圖3-2-6 lift-off鐵弗龍部分親水處理製程圖 59
圖4-1-1 AZ4620P與SU82035相對泡漲圖 62
圖4-1-2 黑光阻與SU82035相對泡漲圖 63
圖4-1-3 黑光阻與SU8-2035堆疊時在SU8-2035表面產生裂痕 64
圖4-1-4 AZ4260P與SU8-2035堆疊時平滑的表面 65
圖4-1-5 lift off製程完成後的微流道圖 67
圖4-1-6 正常顯影示意圖　　　　　　　　　　　　　　　　　68
圖4-1-7 過度顯影示意圖 69
圖4-1-8(a)　金蒸鍍後微流道OM圖 69
圖4-1-8(b)　金蒸鍍後微流道OM圖 70
圖4-1-9　過度顯影時造成光阻剝落現象 70
圖4-1-10(a) AZ4620P覆蓋在SU8上 71
圖4-1-10(b) AZ4620P顯影後 72
圖4-1-10(c) 上完鐵弗龍圖 73
圖4-1-10(d) lift off後鐵弗龍圖 73
圖4-1-11(a)　 lift off過程中被破壞的鐵弗龍結構 74
圖4-1-11(b)　 lift off過程中被破壞的鐵弗龍結構 75
圖4-1-12　斜曝示意圖 77
圖4-1-13(a)　斜曝結果 78
圖4-1-13(b)　斜曝結果 78
圖4-1-13(c)　斜曝截面圖 79
圖4-1-13(d)　斜曝截面圖 79
圖4-2-1　動態表面分析儀全貌 80
圖4-2-2　攝影鏡頭與拍攝平台 81
圖4-2-3 動態現象拍攝示意圖 82
圖 4-3-1 氧電漿作SU8表面親水處理後，接觸角對時間示意圖 83
圖 4-3-3 液滴落在不同親水性介面拍攝圖 86
圖 4-3-5 液滴落在流道與非流道親水介面拍攝結果 89
圖 4-3-6 lift off製程中液滴落在流道與非流道介面結果 91
圖 4-3-7 未經氧電漿處理之SAMs金表面 93
圖 4-3-8 經氧電漿處理之SAMs金表面 93
圖 4-3-9 以高速攝影機拍攝氧電漿清潔後含SAMs親水金表面的流 體流動狀態 95
圖 4-3-10 SAMs直接滴入法時所造成的接觸角 97
圖 4-3-11 液體滴入含SAMs親水處理微流道中流動圖 98
圖 4-3-12 液體滴入含SAMs親水處理微流道流動速度圖 99
圖 4-3-13(a)　氧電漿處理後72小時鐵弗龍的接觸角 101
圖 4-3-13(b)氧電漿處理72小時後的SU8表面接觸角 102
圖 4-3-14　高速攝影機拍攝之微流體流動狀態 103
圖 4-3-15　高速攝影機拍攝之微流體滴入處狀態 104
圖 4-3-16　高速攝影機拍攝之微流體整體流動狀態 105
圖 4-3-17 流體速度與時間關係圖 108
圖 4-3-18　流體滴入重複使用過後的流道流動狀態 109
圖 4-4-1　 蒸氣拍攝示意圖 110
圖 4-4-2　 蒸氣拍攝結果圖 112
表目錄
表1-2-1 不同燃料電池種類區分統整　　　　　　　　　　　　8
表2-2-1 不同的表層對不同的分子吸附能力 18
表4-1-1 不同光阻當阻擋層之綜合比較 65
表4-3-1　以氧電漿處理之不同保護層下的非親水區接觸角 84
表4-3-2　以氧電漿處理之不同保護層下的親水區接觸角 84
表4-3-3　不同情況下之SU8接觸角 85
表4-3-4　lift off製程中親水與非親水區接觸角(無氧電漿清潔) 90

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