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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:胡致維
研究生(外文):Chih-Wei Hu
論文名稱:以陰離子聚合法合成含有大小可控制之金奈米顆粒的聚苯乙烯高分子複合材料
論文名稱(外文):SIZE-CONTROL OF AU NANOPARTICLES IN POLYSTYRENE VIA ANIONIC POLYMERIZATION
指導教授:蔣見超
指導教授(外文):Raymond Chien-Chao Tsiang
學位類別:碩士
校院名稱:國立中正大學
系所名稱:化學工程所
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:2006
畢業學年度:93
語文別:中文
論文頁數:102
中文關鍵詞:複合材料陰離子奈米金高分子
外文關鍵詞:gold nanoparticlesnanocompositeanionic polymerizationpolymer
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本篇論文主要在研究末端具有硫醇官能基的聚苯乙烯高分子(p
s-sh)與原位合成大小不同的金奈米顆粒所構築成的高分子複合
材料。本研究的方法是利用環硫乙烷(Ethlyene sulfide)將聚苯乙烯
(PS)末端官能化後,使其成為末端帶有硫醇基(thiol)的官能化高分
子。然後再將金離子(Au+)在含有官能化高分子的均相有機溶液中以
還原劑Super Hydride還原成金原子。在金原子還原堆積過程中,高
分子末端的硫醇基會行化學反應鍵結上金顆粒的表面,成為外層包覆
著高分子之金奈米顆粒複合材料。透過加入的官能化高分子之莫耳數
以及高分子分子量的改變,我們可以控制金奈米顆粒的大小在3~30
奈米之範圍並且均勻分佈在高分子材料之中沒有聚集的現象。此外,
結合1H-NMR、13C-NMR、TEM、XPS、TGA、DSC、UV-VIS各種儀器來做產
物物性方面的探討。
The aim of this work is to prepare the polystyrene with thiol
terminal group (PS-SH) and use this functionalized polystyrene
to stabilize and control the size of gold nanoparticles. The
PS-SH was first synthesized via an anionic polymerization. Then,
PS-SH was mixed with HAuCl4·3H2O in THF solvent in the presence
of a reducing agent, super hydride. Upon the reduction of Au+
to Au atoms, the thiol groups of the polymer molecules were
bonded onto the gold surface and a polymeric nanocomposite with
well-distribute nanogold particles material was thus formed.
Depending on the molar ratio of thiol to Au+ and the
molecular weight of the polymer, the particle size was
controlled within a range of 3~30nm with little aggregation.
1H-NMR、13C-NMR、TEM、XPS、TGA、DSC and UV-VIS were used to
investigate the physical properties of the nanocomposite.
圖目錄⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯V
表目錄⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯VIII
Abstract⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯X
中文摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯XI
第一章 緒論⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1
1.1 研究動機與目的⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1
1.2 文獻回顧⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4
1.2-1 PS-SH(polystyrene with thiol terminated)
之聚合⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4
1.2-2 (高分子/奈米金)奈米複合材料⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5
第二章 原理介紹⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9
2.1 陰離子聚合反應原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9
2.1-1 起始劑種類與起始反應⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯10
2.1-2 成長反應⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯18
2.1-3 鏈轉移反應⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯19
2.1-4 無終止反應與其特色⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯21
2.2 高分子硫醇官能基與金的自組裝薄膜⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯22
I
第三章 實驗部分以及儀器分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯27
3.1 實驗藥品⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯27
3.2 聚合反應設備與分析儀器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯30
3.3 實驗步驟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯32
3.3-1 陰離子聚合Living Polystyrene⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯32
3.3-2 Living polystyrene 之末端官能化(硫醇化)⋯⋯⋯33
3.3-3 以官能化高分子PS-SH 與金離子溶液形成外層包覆高
分子之金奈米顆粒⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯34
3.4 儀器分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯36
3.4-1 凝膠滲透層析儀
(Gel Permeation Chromatography, GPC)⋯⋯⋯⋯36
3.4-2 調幅式微差掃描熱分析儀(Modulated Differential
Scanning Calorimetry,MDSC)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯38
3.4-3 熱重分析儀(Thermogravimetric Analyzer,TGA)⋯44
3.4-4 核磁共振儀(Nuclear Magnetic Resonance
Spectrometer,NMR)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯44
3.4-5 紫外光-可見外吸收光譜儀(UV/Vis spectroscopy,
UV/Vis)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯45
3.4-6 穿透式電子顯微鏡(Transmission Electron
II
Microscope,TEM)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯47
3.4-7 能量散佈分析儀(Energy Dispersive X-ray
Spectrometer,EDS)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯48
3.4-8 X 光光電子能譜儀(X-ray Photoelectron
Spectrometer,XPS)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯50
第四章 結果與討論⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯53
4.0 定量校正⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯54
4.1 聚苯乙烯的官能化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯55
4.1-1 溫度環境對官能化程度的影響⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯57
4.1-2 1H-NMR氫譜分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯60
4.1-3 13C-NMR碳譜分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯66
4.2 官能化高分子PS-SH 與金離子溶液形成外層包覆高分子之
金奈米顆粒⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯69
4.2-1 加入不同重量但同樣分子量的高分子對PS-SH 所包
覆之金顆粒大小之影響⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯70
4.2-2 加入不同分子量但同樣重量的高分子對PS-SH 所包
覆之金顆粒大小之影響⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯74
4.3 使用XPS(X-ray photoelectron spectroscopy)來測定高
分子PS-SH 與金(Au)的鍵結⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯80
III
4.4 TGA 熱性質分析PS-SH 官能化高分子與(高分子/金奈米顆
粒)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯84
4.5 DSC(微差掃瞄熱卡計)熱性質分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯89
4.6 以UV-Vis 紫外光-可見光吸收光譜儀測定金奈米顆粒大小
分佈⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯91
第五章 總結與後續研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯95
參考文獻⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯97
IV
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