本研究沿用所發展之新式奈米微粒製備方法─超音波輔助真空潛弧製程－製備奈米二氧化鈦懸浮液，針對該製程之不同製備方式及製程參數，如電流、放電休止幅、崩潰電壓、電極旋轉轉速及超音波振幅等，搭配穩健性設計法進行研究，以期利用最少的實驗來獲得最佳之二氧化鈦奈米懸浮微粒製備條件。
經由實驗結果得知，在三種製程方式中旋轉-超音波製程與旋轉製程所製備出之奈米微粒其平均粒徑較大，而超音波製程可獲得最小之粒徑。懸浮液所含之奈米微粒在靜置過程中，其成份由似一氧化鈦轉變為二氧化鈦。在表面電位方面，所製備之懸浮液之零點電位值約為pH5，藉由懸浮液pH值的改變，越遠離零點電位值之懸浮液呈現較好之分散性，越接近則產生凝聚現象。在光催化方面，所製備之奈米二氧化鈦懸浮液在光波長360nm~380nm時產生吸收紫外光現象，藉由穿透率與吸收波長的計算可獲得製備之二氧化鈦微粒能帶間隙為3.4eV。透過流變儀量測不同大小粒徑的奈米懸浮液將結果作一比較，可以知道，當懸浮液中所含微粒粒徑較小時其流體性質較近似牛頓流體，所含粒徑較大時則會類似賓漢流體。

The purpose of this study is to use the innovative nanoparticle synthsis method; Ultrasonic-aided Submerged Arc Nanoparticle Synthesis System (U-SANSS) to prepare the suspended TiO2 fluid. In the light of processes and major parameters such as current, pulse duration, open voltage, electrode rotational speed and amplitude of applied ultrasonic vibrations, etc which combine with Robust Design Method in order to investigate optimized parameters for producing TiO2 nanoparticle suspension with minor experiments.
Our experimental results show that the U-SANSS in vibratory and rotary process produced particles have the biggest average size than other processes, and vibratory process is the smallest. Composition of suspension will mutate from approximate TiO to near TiO2 during standstill procedure. In aspect of Zeta potential, the pH value of isoelectric point (ISP) of the produced particle suspension is pH5.When the pH value of the suspension is altered, the suspension property will be also changed. It will be dispersed when the potential value of the suspension is distant from ISP or it will be aggregated when the potential value is near ISP. In aspect of UV/Vis absorbency, the produced TiO2 nanoparticle suspension absorbed UV when the wavelength is 360nm to 380nm. After a calculation of transmittance and wavelength, the particle’s Band Gap energy is 3.4eV. We can compare with different particle size suspension through Rhcometer. The results show that the property of suspension with smaller particles is similar to Newton fluid and the property of suspension with bigger particles is similar to Bingham fluid

目錄
摘要 i
ABSTRACT ii
誌謝 iii
圖目錄 vi
表目錄 ix
第一章 緒論 1
1.1研究背景 1
1.2研究動機與目的 4
1.3本文結構 5
第二章 文獻回顧與原理分析 6
2.1超音波真空潛弧製備原理 6
2.2 超音波原理 6
2.3 EDM熱源系統 12
2.4奈米微粒的成核與生長 18
2.5奈米懸浮液的聚集與分散 20
2.6奈米微粒之動力學性質 23
2.6.1布朗運動 23
2.6.2 擴散 24
2.6.3 沉降與沉降平衡 24
2.7穩健性設計法 25
2.7.1 S/N比 25
2.7.2 變異數分析(analysis of variance, ANOVA) 26
第三章 實驗設備及製程設計 28
3.1超音波真空潛弧系統設備簡介 28
3.1.1加熱源控制系統 31
3.1.2超音波控制系統 32
3.1.3溫度及壓力控制系統 34
3.1.4介電液 36
3.2 最佳化分析法 37
3.2.1目標函數 40
3.2.2選定因子水準 40
3.2.3品質特性(quality characteristics) 42
3.2.4 S/N比 42
3.3 變異分析(analysis of variance, ANOVA) 43
3.4實驗流程 43
第四章 實驗結果與討論 45
4.1穩健性設計實驗結果 45
4.1.1旋轉製程之最佳化結果 46
4.1.2超音波旋轉製程之最佳化結果 49
4.1.3超音波製程之最佳化結果 52
4.2微粒成份分析 55
4.3表面電位 59
4.4 奈米懸浮液光吸收效應 63
4.5奈米懸浮液之流變性質 67
第五章 結論與未來展望 69
5.1結論 69
5.2未來展望 71
參考文獻 72
附錄

1. 張立德、牟季美，奈米材料和奈米結構，滄海書局，2002。
2. Richard P. Feynman, "There''s Plenty of Room at the Bottom," annual meeting of the American Physical Society, December 29, 1959.
3. Kubo Ryogo, " Electrical Properties of Metallic Fine Particles Ⅰ, " Journal of the Physical Society of Japan, vol.17, no.6, 1962, pp.975-986.
4. D.F. Ollis, H. Al-Ekabi, Photocatalytic Purifcation and Treatment of water and air Amsterdam ; New York, Elsevier, (1993)
5. M. Schiavello, Photocatalysis and Environment Kluwer Academic Publishers, (1998)
6. A.J. Bard, Science 207, 139 (1980)
7. A.J. Bard, J. Phys. Chem. 86, 172 (1982)
8. K. Watanabe, K. Ichimura, N. Inoue, Chem. Phys. Lett. 124, 196 (1986)
9. 劉明坤，真空潛弧製程製備二氧化鈦奈米微粒懸浮液之製程開發及其最佳化，台北科技大學機電整合研究所碩士論文，民91年6月。
10. 楊逸晟，以超音波輔助真空潛弧製程製備奈米二氧化鈦懸浮液，台北科技大學製造科技研究所碩士論文，民92年7月。
11. 蔡汶釧，以放電波形鑑別為控制基礎之微放電加工系統的設計與研製，國立清華大學，工程與系統科學系碩士論文，民91年7月
12. 詹易築，超音波微細加工硬脆材料之研究，碩士論文，國防大學中正理工學院，兵器系統工程研究所，90年6月。
13. M. Atobe and T. Nonaka, "Ultrasonic Effects on Electroorganic Processes," Chem. Lett., 1997, pp.323.
14. 賴耿陽，超音波工學理論實務，復漢出版社，2001年三月
15. J. C. Ball and R. G. Compton, "Application of Ultrasound to Electrochemical Measurements and Analyses," J. Electroanal. chem., vol. 67, 1999, pp. 912
16. L. H. Hwang and Y. C. Lin, "Improvement in EDM Performance by Synchronizing Ultrasonic Vibrations," Journal of Technology, vol. 16, no. 3, 2001, pp. 431-441.
17. T. C. Lee and W. S. Lau, “Some Characteristics of Electrical Discharge Machining of Conductive Ceramics,” Materials and Manufacturing Processes, Vol. 6, No. 4, 1991, pp.635-648.
18. 賴耿陽，金屬鈦理論與應用，復漢出版社，1990年六月
19. Philip T. Eubank, Mukund R. Patel, Maria A. Barrufet, and Bedri Bozurt, " Theoretical models of the electrical discharge machining process. Ⅲ. The variable mass, cylindrical plasma model, " J. Appl. Phys., vol.73, no.11, 1993.
20. Mukund R. Patel, Maria A. Barrufet, Philip T. Eubank, and Daryl D. DiBitonto, " Theoretical models of the electrical discharge machining process. Ⅱ. The anode erosion model, " J. Appl. Phys., vol. 66, no.9, 1989.
21. M. R. Patel, M. A. Barrufet, and P. T. Eubank, in proceeding of the 11th International Steam Conference, edited by M. Pichal and O. Sifner, Hemisphere, New York, 1990.
22. 戴遐明，王加龍，「等離子技術在高性能粉體製造之應用」，中國粉體技術，第5卷，第6期，1999，第28-32頁。
23. 張祖繼，李厲興，材料科學導論，上海科學技術出版社，1989。
24. 莊萬發，超微粒子理論與應用，復漢出版社，1995。
25. 加藤昭夫，超微粒子的製造法，(1)化學的方法，化學總說，1985。
26. 曹茂盛，關長斌，徐甲強，納米材料導論，哈爾濱工業大學出版社，1998。
27. MADHAV S. PHADKE 原著 黎正中 編譯，穩健設計之品質工程，台北圖書有限公司，1993。
28. 李輝煌，田口方法-品質設計的原理與實務，高立圖書有限公司，民89。
29. 戴久永，統計概念與方法，三民書局，民80。
30. 慶源放電加工機操作及維護手冊 P series，慶源機電股份有限公司
31. 楊化桂、陳雪花、古宏晨、方圖南，pH值對二氧化鈦懸浮體流變性的影響，化學通報，2000 No.200237
32. 郭東紅、唐芳瓊，不同表面活性劑對二氧化鈦顆粒分散穩定性的影響，化學通報，2000 No.100101
33. 李傳宏、陳利君、葉昱昕，Zeta電位測定儀在奈米粉體的應用，工業材料雜誌，190期，2002 10月
34. I. Kosacki, V. Petrovsky, and H. U. Anderson, “Band gap energy in
nanocrystalline ZrO2：16%Y this films”, Applied Physics Letters, 74,
341 (1999).
35. H. Fujii, M. Ohtaki, and K. Eguchi, “Synthesis and Photocatalytic
Activity of Lamellar Titanium Oxide Formed by Surfactant Bilayer
Templating”, J. Am. Chem. Soc., 120, 6832 (1998)