臺灣博碩士論文加值系統

摘　　要
本篇研究主要以微乳膠系統中的逆微胞法來製備Fe/Au核殼奈米粒子。利用逆微胞作為微反應器(micro-reactor)，藉由各微胞間經由碰撞迅速交換微胞中的反應物，藉此方式提供奈米粒子成長成核的環境。
• 本篇研究主要是利用硫酸亞鐵(FeSO4)為前驅鹽，氫硼化鈉(NaBH4)為還原劑，CTAB為界面活性劑，正-丁醇(N- Butanol)為輔助界面活性劑，正-辛烷(N-Octane)為油相，水為分散相。整個實驗控制在25℃下進行，藉著改變界面活性劑重量百分比，可分別探討CTAB重量百分比、FeSO4濃度、NaBH4濃度等效應對Fe/Au核殼奈米粒子的粒徑與生成速率的影響。本篇研究主要是在不使用手套箱的常壓環境下，成功的利用自製工具製備出Fe/Au核殼奈米粒子，並藉由TEM、XRD、UV、EDX、SQUID所得到的分析結果可證明所得產品為Fe/Au核殼奈米粒子。
• 今後本研究相關之研究可朝其他複合粒子方面，合成出具有其他功能性的複合粒子，更可朝向將磁性複合奈米粒子結合生醫科技將其應用於工業或生醫領域等各方面為目標。

Abstract
In this research , we made Fe-core/Au-shell Nano scale particles by Reverse Micelle Preparation in micro-latex system. Making use of reverse micelles as a micro-reactor , exchange the reactants inside micelles rapidly by collision between micelles , and prepare environment for nano scale particles grow into nucleon with this method.
Making use of ferrous sultate (FeSO4 ) as precursor salt , sodium boron hydride (NaBH4 ) as reduced reagent , CTAB as surfactant , N-butanol as auxiliary surfactant , N-octane as oil phase , water as dispersion phase. The whole experiment process is controlled under 25℃ , we could discuss the effect of the weight percentage of CTAB、concentration of FeSO4 and NaBH4 on the size and formation rate of Fe-core/Au-shell Nano scale particles by changing weight percentage of surfactant. Preparing Fe-core/Au-shell Nano scale particles with the equipment self-made successfully under normal pressure environment without glove box , and we could confirm that the products are Fe-core/Au-shell Nano scale particles by analysis results of TEM、XRD、UV、EDX、SQUID.
In the future , we could study for other composite particles and try to synthesize composite particles include other functions or combine with biotechnology for industry .

目 錄
中文摘要…………………………………………………………………………….v
英文摘要…………………………………………………………………………….vi
誌謝………………………………………………………………………………….vii
目次………………………………………………………………………………….viii
圖目錄……………………………………………………………………………….ix
表目錄……………………………………………………………………………….x
第一章 序論…..………………………………………………..………………….1
1.1 前言..………………………………………………..…………………….1
1.2 奈米材料與奈米技術…………..……………………………………..….3
1.2.1奈米材料……………………...………………………………..…….3
1.2.2奈米技術……………………………………..………………..…..…6
1.3.金屬奈米粒子與核殼型奈米粒子……………………………………...…11
1.3.1 金屬奈米粒子………………...…………………………………....…11
1.3.2 核殼型奈米粒子……..………..…………………………………...…12
1. 4奈米粒子的物理效應…………………………………………..…..…..…13
1.4.1小尺寸效應……………….……….………………………………..…13
1.4.2表面效應……………….………….………………………..…………13
1.4.3量子尺效應……………….………………………….……..…………15
1.4.4量子穿遂效應…………………………….………….……..…..…..…15
1. 5奈米粒子製備…………………………………………………..……....…16
1.5.1物理方法(Physical Method)…………………..….………………...…17
1.5.2化學方法(Chemical Method)…………………..……………...…....…18
1. 6奈米粒子的應用………………..………………………………....…….…20
1.7奈米醫學的應用………….………………………..…….…….…..….……21
1.8研究動機與內容…………………………………………………………..24
第二章 理論部份……………………….……………………………………...…26
2.1微乳化系統介紹…………………………………………………….…….26
2.1.1前言………………………………….………………………….….…26
2.1.2正微胞與逆微胞….………………….……………………….………27
2.1.3界面活性劑的構造與分類……………………………………….…..28
2.1.4逆微胞的構造……………………………………………….………..30
2.1.5逆微胞技術應用之優點……………………………………………...32
2.1.6逆微胞系統中製備奈米粒子的方法…………………………….….33
2.1.7影響逆微胞性質的主要因素………………………………….…….35
2.1.8影響逆微胞粒徑的主要因素………………………………….…….36
2. 2磁性奈米粒子的簡介……………………………………………….…….38
2.2.1磁性載體技術………………………………………………….….…39
2.3.2磁性與粒徑的關係………………………………………….……….39
第三章 實驗部份……………………………………………………….……..…41
3. 1實驗動機與目的……………………………………………….………….41
3.2實驗藥品……………………………………………………………... ....…42
3.3實驗儀器與材料…………………………………………………….…..…42
3.4實驗方法與步驟….……………………………………………….…….…43
3.4.1以逆微胞製備氧化鐵奈米粒子……………………...…………….…43
3.2.2以逆微胞製備鐵/金Fe/Au核殼奈米粒子………….......……... ……49
第四章 結果與討論…………………………………………………….……….52
4. 1以逆微胞製備氧化鐵奈米粒子…………………………………….……52
4.1.1ω0值對粒徑的影響……………………………….…..………………52
4.1.2界面活性劑對粒徑的影響…………………………………...………54
4.1.3 X-ray繞射儀（XRD）分析…………………………………………55
4. 2以逆微胞製備鐵/金核殼奈米粒子………………………………………57
4.2.1鐵/金核殼奈米粒子TEM分析………………………………………57
4.2.2TEM樣本製作對成果分析之影響 …………………………….……63
4.2.3能量分散光譜儀EDX分析……………………………………………64
4.2.4紫外光及可見光(UV/Vis)吸收光譜分析………………………………70
4.2.5 X光繞射(XRD)分析……………………………………………………72
4.2.6磁性(SQUID)分析………………………………..………….….………75
第五章 結論與未來展望…………………………………..………….….………76
參考文獻……………………………………..…………………………….….……78































圖 目 錄
圖 1.1 奈米尺寸的世界…………………………………………………………2
圖 1.2 奈米尺度示意圖………………………………...……………………….2
圖 1.3 奈米材料幾何結構分類…………………………………………………3
圖 1.4 奈米材料與應用之關連…………………………………………… .….6
圖 1.5 由巨觀相至原子級的相對大小………………………………..………..7
圖 1.6 奈米技術與現代工業……………………………………………………7
圖 1.7 奈米材料學研究架構圖…………………………………………………8
圖 1.8 奈米國家型科技計畫核心設施建置與分享運用計畫………………....9
圖 1.9 民國92-93年奈米國家型科技計畫投入經費／人力…………….…..10
圖 1.10 兩種型態的雙金屬奈米粒子……………………..……………..….….13
圖 1.11 利用STM探針移動原子，形成文字或圖形，可視為最尖端之記憶機制，同時也可研究原子尺度之電子行為，圖中原子所形成的柵欄內，即可觀察到電子的所產生的量子駐波。……………………………………….….…15
圖 1.12 物理法及化學法製備奈米粒子示意圖…………..………………..….16
圖 1.13 利用鐵奈米粒子作成磁性標籤……………..………………….……..22
圖 1.14 金奈米粒子應用………………………………………………………..22
圖 1.15 奈米條碼……….……………………………………………………….23
圖 1.16 聰明的懸臂樑…………………………………………………………..23
圖 2.1 水—界面活性劑—油三相系統的相圖(A)正微胞 (B)逆微胞(C)兩相區………………………………………………………………………………….27
圖 2.2 正微胞(Normal micelle)……………………………………………...….28
圖 2.3 逆微胞（Reversemicelle）………………………………………………28
圖 2.4 界面活性劑………………………………………………………...…….29
圖 2.5 逆微胞的構造…………………………………………………...…..…30
圖 2.6 不同ω0 值下逆微胞之大小…………………………………………...31
圖 2.7 逆微胞液滴內容物交換示意圖………………………………………..33
圖 2.8 逆微胞系統中製造超微粒子的方法………………………………......34
圖 2.9 水與界面活性劑之含量對逆微胞之影響……………………………..35
圖 2.10 ω0值則為控制逆微胞大小最主要的參數…………………………….37
圖 2.11 磁性粒子的磁區構造…………………………………………………40
圖 2.12 粒子大小與保磁力的關係……………………………………………40
圖 3.1 Fe nanoparticles反應示意圖……………………………………………..45
圖 3.2 製備氧化鐵奈米粒子之流程圖…………………………………….…..46
圖 3.3 Ar flow system構想圖……………………………………….………..47
圖 3.4 Practical Ar flow system....................... ................. ............ ......... .........48
圖3.5 製備Fe/Au奈米粒子之流程圖........... ................. ........... .. . ........ .........50
圖3.6 製備Fe/Au奈米粒子之參數圖.......... ................. ............ . .... ..... .........51
圖 4.1 ω0值=0.4M Fe奈米粒子TEM分析……………………………….…53
圖 4.2 ω0值=0.6M Fe奈米粒子TEM分析…………………………….……53
圖 4.3 [0.5M =FeSO4] 界面活性劑由6g增加8g，產生樹枝狀聚集….….54
圖 4.4 [0.5M =FeSO4] 界面活性劑由6g增加8g，產生樹枝狀聚集……..55
圖 4.5 ε-Fe2O3 的XRD 理論值………….……………………………..……55
圖 4.6 Fe nanoparticle 2θ(degree) XRD 分析圖………………………..……56
圖 4.7 Fe nanoparticle 2θ(degree) XRD 分析圖……….…………...………..56
圖4. 8 Fe/Au nanoparticles Ar flow 前後目視觀察圖......... .….... …............58
圖 4. 9 Fe/Au sample 製作流程圖........................................ ….... …....... ......59
圖 4.10 45nm~55nm的Fe/Au奈米粒子
[FeSO4]=0.5M、[HAuCl4]=0.44M........................................................61
圖 4.11 35nm~45nm的Fe/Au奈米粒子
[FeSO4]=0.5M、[HAuCl4]=0.44M............................................................61
圖 4.12 25nm~75nm未經洗滌的Fe/Au奈米粒子
[FeSO4]=0.5M、[HAuCl4]=0.44M.......................................... ....................62
圖4.13 35~115nm未經洗滌的的Fe/Au奈米粒子
[FeSO4]=0.5M、[HAuCl4]=0.44M.............................................................62
圖 4.14未經洗滌、稀釋之TEM圖………………………………………………63
圖 4.15未經洗滌、稀釋之TEM圖…………………………………………….63
圖4.16 Fe/Au nanoparticles powder之TEM圖………………………...………65
圖4.17 V1=198.3nm EDX analysis result………………………...……………..66
圖4.18 V4=45.12nm EDX analysis result t………………………...…………….67
圖4.19 未經離心、洗滌處理之Fe/Au powder EDX分析圖………………...68
圖4.20未經離心、洗滌處理之Fe/Au powder EDX分析圖………………...…69
圖4.21金奈米粒子和Fe/Au奈米粒子之紫外光光譜分析……...…….………70
圖4.22金奈米粒子和乙醇含量較低之Fe/Au奈米粒子之紫外光光譜分析.. . .71
圖4.23 Fe 的XRD 理論值……………………………………………………...73
圖4.24 Au的XRD 理論值……………………………………………………...73
圖4.25以逆微胞法製備Fe@Au奈米粒子之XRD分析圖
[FeSO4]=0.5M、[HAuCl4]=1.6M……………………………………………….74
圖4.26以逆微胞法製備Fe/Au奈米粒子之SQUID分析圖
[FeSO4]=0.5M、[HAuCl4]=1.6M……………………………………………….75
表 目 錄
表 1.1 奈米材料的應用領域……………………………………………………5表1-2 奈米科技專利權人國家（Assignee country）分析……………………11表 1-3 奈米粒子表面能量表…………………………………………………………...14表 1-4 銅粒子粒徑與表面能量比率…………………………………………...14表 1.5 奈米粒子的製備方法……………………………………………………17表1.6 化學製備方法與特點的比較表………………………..………………...20表1.7 奈米粒子的應用範圍………………………………………………..…..21表 2.1常見的逆微胞系統……………………………………………………….31

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