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研究生:鄧文森
研究生(外文):Wen- Sen Teng
論文名稱:添加SiO2對TiO2特性影響之研究
論文名稱(外文):Study on the Effects of adding SiO2 on the
指導教授:胡毅胡毅引用關係
指導教授(外文):Yi Hu
學位類別:碩士
校院名稱:大同大學
系所名稱:材料工程研究所
學門:工程學門
學類:材料工程學類
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
中文關鍵詞:溶膠凝膠法TiO2SiO2親水性
外文關鍵詞:Sol-GelTiO2SiO2hydrophilic
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本研究主要是藉由溶膠凝膠法製作添加不同mole比例SiO2的TiO2粉末及薄膜。由X-ray繞射分析及Raman光譜分析發現到TiO2的結構會隨著TEOS添加mole數的增加,使其Anatase相的析出溫度與Anatase-Rutile之相轉變溫度亦會隨之提升。且隨著TEOS添加量的增加,粉末的起始粒徑亦隨之減小。在紫外光—可見光光譜分析結果中,得知結構的改變會使其吸收波長值會產生偏移。照射紫外光後,薄膜的親水性程度,隨著照射時間的增加,親水性也會隨之增加。約略SiO2添加量在8∼10 mole%之間,TiO2薄膜的親水性會開始由添加少量SiO2可促進親水性,轉變成增加SiO2反而會減弱其親水性。
This research is by Sol-Gel method to manufacture TiO2 powder and thin films of increasing the different mole ratio SiO2 . From the X-ray diffraction analysis and the Raman spectrum analysis to TiO2 construction is found by increase of that mole number along with TEOS, make its both precipitate temperature of Anatase phase and temperature of Anatase-Rutile phases transformation mutually to will rise. And increase the increment of the quantity along with TEOS, the start grain size of the powder reduces also and immediately. In the UV-Visible spectrum analysis result, know the structural changes will make him absorb the wave-length value to will produce to be partial to move. After projecting light upon the UV light, the hydrophilic degree of the thin film along with irradiation horary increment, the hydrophilic property also will increase immediately. About the SiO2 increases to measure to will start in the 8~10 mole% of, TiO2 thin film hydrophilic by increase a little amount SiO2 can promote the hydrophilic, the change becomes the increment SiO2 to will die down its hydrophilic on the contrary.
目 錄
摘要 Ⅰ
Abstract II
目錄 Ⅲ
表目錄 VI
圖目錄 VII
第一章 前言 1
第二章 文獻回顧 3
2-1溶膠-凝膠法 3
2-1-1溶膠-凝膠法之起源與應用 3
2-1-2溶膠-凝膠法之定義 4
2-1-3起始原料之選擇 5
2-1-4溶膠-凝膠法之優點 7
2-2光電化學 7
2-2-1光之特性 7
2-2-2光化學反應理論 8
2-3半導體陶瓷材料之介紹 11
2-3-1半導體之類型及特性 11
2-3-2半導體陶瓷之產生機構 12
2-3-3半導體陶瓷之導電機構 13
2-3-4半導體陶瓷材料之種類 14
2-4半導體光觸媒 14
2-4-1光觸媒之基本介紹 15
2-4-2能帶間隙 15
2-4-3半導體光觸媒反應原理與特性 15
2-5轉塗佈法操作及其原理 18
2-6光觸媒的親疏水特性 20
2-6-1 親疏水特性 20
2-6-2 TiO2的親水機理 20
第三章 實驗方法與流程 22
3-1 實驗藥品 22
3-2樣品之製備流程與方法 22
3-3 特性分析 23
3-3-1示差熱分析(DTA) 23
3-3-2 X-ray繞射分析 23
3-3-3紫外光—可見光分析 24
3-3-4 FT-IR紅外線光譜分析 24
3-3-5拉曼( Raman )散射光譜分析 24
3-3-6親疏水特性之分析 25
第四章 結果與討論 26
4-1示差熱分析(DTA) 26
4-2 X-ray繞射分析 26
4-2-1 成份與結構 26
4-2-2 Rutile相析出分析 27
4-2-3粒徑分析 28
4-3紫外光—可見光分析 29
4-4 FT-IR紅外線光譜分析 29
4-5拉曼( Raman )散射光譜分析 30
4-6親疏水特性之分析 30
第五章 結論 32
第六章 參考文獻 34
表目錄
表 1-1金紅石型與銳鈦礦型之比較 37
表 2-1週期表內可製備金屬烷氧化物之元素 38
表 2-2紫外光、可見光、紅外光的區別 39
表 2-3各化學鍵斷裂所需之能量 40
表 2-4次級光化學程序之型態 41
表 2-5常見有機發射團及其吸收特性 42
表 2-6一般半導體激發之臨界波長 43
表 2-7 N型半導體與P型半導體的分類 43
表 2-8半導體陶瓷材料之能隙 44
表 3-1溶液配方莫爾比 45
表 4-1添加不同mole TEOS的TiO2粉末的Anatase相及Rutile相之2 theta角、d值和晶格常數………………………………………..46
表4-2 添加不同mole TEOS的TiO2粉末的UV吸收波長及能量…….48
圖目錄
圖 1-1三種二氧化鈦之結構(a)Anatase(b)Rutile(c)Brookite 51
圖 2-1光電磁輻射劃分圖 52
圖 2-2多種化合物光分解之半衰期 53
圖 2-3(a)絕緣體(b)半導體(c)導體之材料能帶圖 54
圖 2-4不同半導體於pH=1之能隙分布 55
圖 2-5 n型半導體顆粒與溶液接觸之光激發示意圖 56
圖 2-6 p型半導體顆粒與溶液接觸之光激發示意圖 57
圖 2-7光觸媒受紫外光激發示意圖 58
圖 2-8半導體光觸媒對水分子斷裂之氧化還原能量關係圖 59
圖 2-9旋轉塗佈法(spin-coating)之步驟 60
圖 3-1實驗粉末製備流程圖 61
圖 3-2實驗薄膜製備流程圖 62
圖 4-1添加0 mole TEOS的TiO2之熱示差圖 63
圖 4-2添加0 .001mole TEOS的TiO2之熱示差圖 63
圖 4-3添加0.002 mole TEOS的TiO2之熱示差圖 64
圖 4-4添加0.005 mole TEOS的TiO2之熱示差圖 64
圖 4-5添加0.011 mole TEOS的TiO2之熱示差圖 65
圖 4-6添加0.016 mole TEOS的TiO2之熱示差圖 65
圖 4-7添加0.021 mole TEOS的TiO2之熱示差圖 66
圖4-8添加0.027 mole TEOS的TiO2之熱示差圖 66
圖4-9添加0.054 mole TEOS的TiO2之熱示差圖 67
圖4-10添加0.081 mole TEOS的TiO2之熱示差圖 67
圖4-11添加0.107 mole TEOS的TiO2之熱示差圖 68
圖4-12添加0.134 mole TEOS的TiO2之熱示差圖 68
圖4-13添加0 mole TEOS的TiO2粉末經不同溫度熱處理後之X-ray繞射分析圖 69
圖4-14添加0.001 mole TEOS的TiO2粉末經不同溫度熱處理後之X-ray繞射分析圖 70
圖4-15添加0.002 mole TEOS的TiO2粉末經不同溫度熱處理後之X-ray繞射分析圖 71
圖4-16添加0.005 mole TEOS的TiO2粉末經不同溫度熱處理後之X-ray繞射分析圖 72
圖4-17添加0.011 mole TEOS的TiO2粉末經不同溫度熱處理後之X-ray繞射分析圖 73
圖4-18添加0.016 mole TEOS的TiO2粉末經不同溫度熱處理後之X-ray繞射分析圖 74
圖4-19添加0.021 mole TEOS的TiO2粉末經不同溫度熱處理後之X-ray繞射分析圖 75
圖4-20添加0.027 mole TEOS的TiO2粉末經不同溫度熱處理後之X-ray繞射分析圖 76
圖4-21添加0.054 mole TEOS的TiO2粉末經不同溫度熱處理後之X-ray繞射分析圖 77
圖4-22添加0.081 mole TEOS的TiO2粉末經不同溫度熱處理後之X-ray繞射分析圖 78
圖4-23添加0.107 mole TEOS的TiO2粉末經不同溫度熱處理後之X-ray繞射分析圖 79
圖4-24添加0.134 mole TEOS的TiO2粉末經不同溫度熱處理後之X-ray繞射分析圖 80
圖4-25說明Anatase — Rutile相轉變溫度與SiO2含量之關係 81
圖4-26所示為各粉末在Anatase — Rutile轉變時Rutile相之體積比( Volume fraction )變化情形 81
圖4-27為不同SiO2含量之Anatase相的粒徑在不同溫度下之變化情形 82
圖4-28添加0 mole TEOS的TiO2粉末經300℃至1000℃熱處理後之UV-Visible分析圖 83
圖4-29添加0.001 mole TEOS的TiO2粉末經300℃至1000℃熱處理後之UV-Visible分析圖 84
圖4-30添加0.002 mole TEOS的TiO2粉末經300℃至1000℃熱處理後之UV-Visible分析圖 85
圖4-31添加0.005 mole TEOS的TiO2粉末經300℃至1000℃熱處理後之UV-Visible分析圖 86
圖4-32添加0.011 mole TEOS的TiO2粉末經300℃至1000℃熱處理後之UV-Visible分析圖 87
圖4-33添加0.016 mole TEOS的TiO2粉末經300℃至1000℃熱處理後之UV-Visible分析圖 88
圖4-34添加0.021 mole TEOS的TiO2粉末經300℃至1000℃熱處理後之UV-Visible分析圖 89
圖4-35添加0.027 mole TEOS的TiO2粉末經300℃至1000℃熱處理後之UV-Visible分析圖 90
圖4-36添加0.054 mole TEOS的TiO2粉末經300℃至1000℃熱處理後之UV-Visible分析圖 91
圖4-37添加0.081 mole TEOS的TiO2粉末經300℃至1000℃熱處理後之UV-Visible分析圖 92
圖4-38添加0.107 mole TEOS的TiO2粉末經300℃至1000℃熱處理後之UV-Visible分析圖 93
圖4-39添加0.134 mole TEOS的TiO2粉末經300℃至1000℃熱處理後之UV-Visible分析圖 94
圖4-40添加0 mole TEOS的TiO2粉末經300℃至1000℃熱處理後之FT-IR分析圖 95
圖4-41添加0.001 mole TEOS的TiO2粉末經300℃至1000℃熱處理後之FT-IR分析圖 96
圖4-42添加0 .002mole TEOS的TiO2粉末經300℃至1000℃熱處理後之FT-IR分析圖 97
圖4-43添加0 .005mole TEOS的TiO2粉末經300℃至1000℃熱處理後之FT-IR分析圖 98
圖4-44添加0.011 mole TEOS的TiO2粉末經300℃至1000℃熱處理後之FT-IR分析圖 99
圖4-45添加0.016 mole TEOS的TiO2粉末經300℃至1000℃熱處理後之FT-IR分析圖 100
圖4-46添加0 .021mole TEOS的TiO2粉末經300℃至1000℃熱處理後之FT-IR分析圖 101
圖4-47添加0.027 mole TEOS的TiO2粉末經300℃至1000℃熱處理後之FT-IR分析圖 102
圖4-48添加0.054 mole TEOS的TiO2粉末經300℃至1000℃熱處理後之FT-IR分析圖 103
圖4-49添加0 .081mole TEOS的TiO2粉末經300℃至1000℃熱處理後之FT-IR分析圖 104
圖4-50添加0 .107mole TEOS的TiO2粉末經300℃至1000℃熱處理後之FT-IR分析圖 105
圖4-51添加0 .134mole TEOS的TiO2粉末經300℃至1000℃熱處理後之FT-IR分析圖 106
圖4-52添加0 mole TEOS的TiO2粉末經不同溫度熱處理後之Raman分析圖 107
圖4-53添加0.001 mole TEOS的TiO2粉末經不同溫度熱處理後之Raman分析圖 108
圖4-54添加0 .002mole TEOS的TiO2粉末經不同溫度熱處理後之Raman分析圖 109
圖4-55添加0 .005mole TEOS的TiO2粉末經不同溫度熱處理後之Raman分析圖 110
圖4-56添加0.011 mole TEOS的TiO2粉末經不同溫度熱處理後之Raman分析圖 111
圖4-57添加0 .016mole TEOS的TiO2粉末經不同溫度熱處理後之Raman分析圖 112
圖4-58添加0 .021mole TEOS的TiO2粉末經不同溫度熱處理後之Raman分析圖 113
圖4-59添加0 .027mole TEOS的TiO2粉末經不同溫度熱處理後之Raman分析圖 114
圖4-60添加0 .054mole TEOS的TiO2粉末經不同溫度熱處理後之Raman分析圖 115
圖4-61添加0 .081mole TEOS的TiO2粉末經不同溫度熱處理後之Raman分析圖 116
圖4-62添加0.107 mole TEOS的TiO2粉末經不同溫度熱處理後之Raman分析圖 117
圖4-63添加0 .134mole TEOS的TiO2粉末經不同溫度熱處理後之Raman分析圖 118
圖4-64為300℃時添加不同TEOS''s mole之水接觸角變化圖 119
圖4-65為400℃時添加不同TEOS''s mole之水接觸角變化圖 120
圖4-66為500℃時添加不同TEOS''s mole之水接觸角變化圖 121
圖4-67為600℃時添加不同TEOS''s mole之水接觸角變化圖 122
圖4-68為添加不同SiO2 mole含量之300℃熱處理的TiO2薄膜未照紫外光之水接觸角側視圖 124
圖4-69為添加不同SiO2 mole含量之300℃熱處理的TiO2薄膜照射紫外光5min之水接觸角側視圖 126
圖4-70為添加不同SiO2 mole含量之300℃熱處理的TiO2薄膜照射紫外光20min之水接觸角側視圖 128
圖4-71為添加不同SiO2 mole含量之400℃熱處理的TiO2薄膜未照紫外光之水接觸角側視圖 130
圖4-72為添加不同SiO2 mole含量之400℃熱處理的TiO2薄膜照射紫外光5min之水接觸角側視圖 132
圖4-73為添加不同SiO2 mole含量之400℃熱處理的TiO2薄膜照射紫外光20min之水接觸角側視圖 134
圖4-74為添加不同SiO2 mole含量之500℃熱處理的TiO2薄膜未照紫外光之水接觸角側視圖 136
圖4-75為添加不同SiO2 mole含量之500℃熱處理的TiO2薄膜照射紫外光5min之水接觸角側視圖 138
圖4-76為添加不同SiO2 mole含量之500℃熱處理的TiO2薄膜照射紫外光20min之水接觸角側視圖 140
圖4-77為添加不同SiO2 mole含量之600℃熱處理的TiO2薄膜未照紫外光之水接觸角側視圖 142
圖4-78為添加不同SiO2 mole含量之600℃熱處理的TiO2薄膜照射紫外光5min之水接觸角側視圖 144
圖4-79為添加不同SiO2 mole含量之600℃熱處理的TiO2薄膜照射紫外光20min之水接觸角側視圖 146
六、參考文獻
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