臺灣博碩士論文加值系統

本研究採用MSMA、TEOT及壓克力單體製備UV硬化型壓克力/二氧化鈦混成奈米複合材料，藉由pH值、水的添加量、溶劑使用量及有機/無機成份比例之調整，得到高折射率之光學塗膜。
前驅物溶液採用溶膠凝膠(sol-gel)法製備，生成之溶膠塗佈於不同基座表面，經乾燥及紫外光照射交聯硬化成硬膜，測試其密著度、表面硬度等物性之改善狀況。混成材料分子間之鍵結型式，可用FT-IR來研究判斷，而塗膜之奈米顆粒結構以FE-SEM、TEM等儀器觀察，藉以探討粒子分佈情形和顆粒大小，並以AFM來觀察塗膜表面平整性質。由TEM觀察出顆粒粒徑約為95-200nm，由FE-SEM觀察出顆粒大小約在100nm。AFM分析結果得知所合成的塗膜材料之表面平整度約為在250nm左右。以TGA測試混成材料的熱裂解溫度，會比純壓克力聚合物有約30℃左右提昇效果。利用DSC量測玻璃轉移溫度時，由於樹脂經UV交聯硬化後形成緊密交聯網狀結構，觀察不到Tg點。在光學性質方面折射率隨二氧化鈦添加量增加而線性提高。添加量為75%時，提高約0.2。塗膜消光係數在λ=350~900nm間的k值均為零，且透光率均高於95％。由結果顯示Abbe number都高於30，具有應用於光學元件的可能性。

The properties of polymeric materials can by highly improved by incorporating even dispersed inorganic nanoparticals.Synthesis and applications of the organic-inorganic hybrid materials on the optoelectronic devices are important subjects of research. The effects of pH value, water content, solvent, monomer multi-functionality and organic/inorganic ratio on the mechanical and optical properties of an UV curable acrylic/TiO2 hybrid material in nanometer scale will be investigated in this project.
The high refractive index precursor solution will be prepared by an in situ sol-gel process. Samples of the polymer film are prepared by spin-coating the solution onto various substrates, followed by drying and UV curing. After drying and UV curing, the hardened film was tested to see how well then have improved in some properties such as adhesion and hardness.FT-IR was employed to investigate the chemical bondings between component molecules.The nano-structures of the cured film were examined using FE-SEM and TEM to find out relations between the size distribution of the particles. .Furthermore, AFM studied surface planarity of the prepared film. By FE-SEM and TEM the particle size were found to be about 100nm and 95-200nm.The AFM study suggests that the prepared hybrid thin film have good planarization.TGA was used to measure the prepared hybrid material film the thermal decomposition temperature, the cured film was raised by at least 30℃.The DSC studied the successful bonding of UV curable acrylic/TiO2 hybrid material. The refractive index increases from 1.475 for titania 0wt％ to 1.65 for titania 75 wt％.The extinction coefficients(k) values were near zero in the wavelength range of 350-900 nm, and the transmittance values were higher than 95％ for all prepared films. The Abbe numbers of the hybrid materials were higher than 30 which suggest that they have excellent in optical potential applications.

目 錄
目 錄 IV
表 目 錄 VII
圖 目 錄 VIII
第一章 緒 論 1
1.1 前 言 1
1.2 研究目標 2
第二章 文獻回顧與理論基礎 5
2.1 文獻回顧 5
2.2 溶膠凝膠法 8
2.2.1 溶膠法 11
2.2.2 凝膠法 11
2.2.3 金屬烷氧化物反應性對sol-gel反應的影響 13
2.2.4 pH值對sol-gel反應的影響 13
2.2.5 有機物成分的選擇 14
2.3 有機-無機混成材料 14
2.3.1 添加水量的影響(r值) 15
2.3.2 溶劑的影響 16
2.3.3 催化劑的影響 18
2.4 奈米材料 18
2.5 紫外線硬化型塗料 19
2.6 塗佈 21
第三章 實驗 23
3.1 研究方法 23
3.2 實驗步驟 23
3.2.1 反應系統 23
3.2.2 薄膜複材(film)之製備 24
3.2.3 塊狀複材(block)之製備 25
3.3 混成光學薄膜結構討論和性質分析 29
3.4 主要實驗藥品 33
3.5 主要儀器 34
第四章 結果與討論 36
4.1 化學反應式 36
4.2 結構鑑定 37
4.2.1 傅氏紅外線吸收光譜(FTIR) 37
4.3 型態學之研究與奈米顆粒之鑑定 41
4.3.1 TEM和SEM分析 41
4.3.2 AFM之塗膜表面分析 44
4.4 熱性質分析 54
4.4.1 熱重損失分析(TGA) 54
4.4.2 微差熱掃描分析儀(DSC) 62
4.5 硬度與密著度之測試 66
4.5.1 鉛筆硬度 66
4.5.2 密著度 67
4.6 光學性質分析 70
4.6.1 折射率 70
4.6.2 消光係數 71
4.6.3 透光率 72
第五章 結論 78
第六章 參考文獻 80
表 目 錄
表1-1 常用UV硬化型壓克力單體 4
表2-1 常見溶劑與其一般之物理性質 17
表2-2 商業上常用之光起始劑與生產公司 20
表3-1 各成份隻比例表(未含壓克力單體) 26
表3-2 各成份之比例表(已添加壓克力) 27
表4-1 不同成分混成物之熱裂解溫度 61
表4-2 硬度測試表(M) 68
表4-3 硬度測試表(A) 68
表4-4 硬度測試表(T) 69
表4-5 硬度測試表(B) 69
表4-6 不同成分混成物之折射率 77
表4-7 (MSMA+TEOT)混成材料的折射率分佈表 77
表4-8 (MSMA+BA+TEOT)混成材料的折射率分佈表 77
圖 目 錄
圖2-1 三種有機-無機材料混成的方式 10
圖3-1 實驗流程圖 28
圖4-1-1 (A)TEOT (B)MSMA 39
(C)MSMA/SiO2¬ after sol-gel process
圖4-1-2 (D)BA/MSMA/TiO2 before curing 40
(E)PBA/PMSMA/TiO2 after curing
圖4-2 M-1溶膠之TEM影像 45
圖4-3 M-2溶膠之TEM影像 45
圖4-4 M-3溶膠之TEM影像 46
圖4-5 M-4溶膠之TEM影像 46
圖4-6 凝膠M-1之SEM影像 47
圖4-7 凝膠M-4之SEM影像 47
圖4-8 混成材料M-4表面之SEM影像 48
圖4-9 混成材料M-4表面之SEM影像 48
圖4-10 混成材料B-2之SEM影像 49
圖4-11 混成材料T-2之SEM影像 49
圖4-12 混成材料A-2之SEM影像 50
圖4-13 混成材料M-4截面之SEM影像 50
圖4-14 M-4-4溶膠 (pH 2.09)之TEM影像 51
圖4-15 M-4-6溶膠 (pH 1.56)之TEM影像 51
圖4-16 M-4-2溶膠之TEM影像 52
圖4-17 M-4-3溶膠之TEM影像 52
圖4-18 純PBA之AFM影像 53
圖4-19 混成材料B-2之AFM影像 53
圖4-20 混成高分子材料之TGA圖形 57
M-1、M-2、M-3、M-4； TEOT：MSMA=
1:1.0、1:0.7、1:0.5、1:0.3
圖4-21 混成高分子材料之TGA圖形 57
A-1、A-2、A-3；TEOT：AA=1:1.0、1:0.7、1:0.3
圖4-22 混成高分子材料之TGA圖形 58
B-1、B-2、B-3；TEOT：BA=1:1.0、1:0.7、1:0.3
圖4-23 混成高分子材料之TGA圖形 58
T-1、T-2、T-3；TEOT：TMTPA=1:1.0、1:0.7、1:0.3
圖4-24 不同pH值下所合成M-4混成物之TGA圖形 59
圖4-25 不同pH值下所合成B-2混成物之TGA圖形 59
圖4-26 不同溶劑比下所合成M-4混成物之TGA圖形 60
溶劑比M-4：M-4-2：M-4-3 = 4：6：8
圖4-27 不同溶劑比下所合成B-2混成物之TGA圖形 60
溶劑比B-2：B-2-2：B-2-3 = 4：6：8
圖4-28 混成高分子材料之DSC圖形 64
M-1、M-2、M-3、M-4；TEOT：MSMA=
1:1.0、1:0.7、1:0.5、1:0.3
圖4-29 混成高分子材料之DSC圖形 64
A-1、A-2、A-3；TEOT：AA=1:1.0、1:0.7、1:0.3
圖4-30 混成高分子材料之DSC圖形 65
B-1、B-2、B-3；TEOT：BA=1:1.0、1:0.7、1:0.3
圖4-31 混成高分子材料之DSC圖形 65
T-1、T-2、T-3；TEOT：TT=1:1.0、1:0.7、1:0.3
圖4-32 混成高分子材料(MSMA+TEOT)折射率 73
與無機添加量關係圖
圖4-33 混成高分子材料(MSMA+BA+TEOT)折射 73
與無機添加量關係圖
圖4-34 混成高分子材料(MSMA+TEOT)折射率 74
與波長關係圖
圖4-35 混成高分子材料(MSMA+BA+TEOT)折射率 74
與波長關係圖
圖4-36 混成之高分子材料(MSMA+TEOT)消光係數 75
與波長關係圖
圖4-37 混成高分子材料(MSMA+BA+TEOT)消光係數 75
與波長關係圖
圖4-38 混成之高分子材料(MSMA+TEOT)UV-Vis 76
穿透曲線圖
圖4-39 混成高分子材料(MSMA+BA+TEOT)UV-Vis 76
穿透曲線圖

參考文獻
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