臺灣博碩士論文加值系統

本研究旨在製備具高介電常數及高性能之環氧樹酯/鈦酸鋇奈米複合材料，並檢測其物理性質、熱性質、機械性質、電性質與光學性質。本實驗使用矽烷偶合劑（APTMS）接枝於奈米鈦酸鋇表面進行改質。用以環氧樹脂(Epoxy)添加BaTiO3和APTMS-m-BaTiO3奈米複合材料的製備與不同的成份克數(每100克的樹脂所含該之成份克數)。
探討不同成份克數的BaTiO3和APTMS-m-BaTiO3對環氧樹脂奈米複合材料的形態學(FT-IR、SEM、TEM及XRD)、物理性質(密度、空孔率)、機械性質(硬度、耐磨耗指數、抗折強度、抗張強度及耐衝擊強度)、熱性質(TGA、CTE、HDT及VST)、電性質(介電常數)及光學性質(透光率)之性能和影響的差異程度。
實驗結果得知，經由TGA、FT-IR、XRD及XPS測試，可以證明矽烷偶合劑接枝的成功，並經由在粒徑分析下，能保有補強材的尺寸在奈米等級。
在環氧樹脂/奈米鈦酸鋇奈米複合材料的添加BaTiO3和APTMS-m-BaTiO3的部分，結構與形態學在SEM圖得知添加BaTiO3和APTMS-m-BaTiO3可使表面結構從原來的多孔洞變為較平滑的表面；物理性質的測試，密度與空孔率上升；在機械性質測試結果，硬度與磨耗指數，皆為上升。則抗折與抗張的測試中，添加BaTiO3或APTMS-m-BaTiO3，其強度與模數皆有上升趨勢；在熱性質，耐熱性提高效果更加顯著；光學性質的透光率影響，添加BaTiO3與APTMS-m-BaTiO3的含量越多，會使其透光度下降，反之吸光度有良好的提升作用。

This project object is to research the unsaturated high dielectric constant and high performance of the phenolic resin / barium titanate nanocomposites and determine properties about physical, mechanical properties,electrical properties,optical properties and dynamic mechanical properties. In this study, using 3-Aminopropyltrimethoxysilane (APTMS) grafted nano barium titanate surface modification. For unsaturated Epoxy Add prepared BaTiO3 and APTMS-m-BaTiO3 Nanocomposites with a different number of grams of composition (per 100 grams of resin contained in the composition of the number of grams). Explore the different components of the number of grams of BaTiO3 and APTMS-m-BaTiO3 nanometer morphology of unsaturated Epoxy composites (FT-IR, SEM), physical properties (density, porosity), mechanical properties (hardness, abrasion index, flexural strength, tensile strength and impact strength), thermal properties (TGA, HDT and VST), electrical properties (dielectric constant)and the optical properties (transmittance).
The experimental results that, by TGA, FT-IR and XPS testing can prove the success of silane coupling agent grafted via at particle size analysis, to retain the size of the reinforcing material in nano levels. Unsaturated Epoxy / barium titanate adding BaTiO3 and APTMS-m-BaTiO3 part of the composite material, structure and morphology in SEM image that the addition of BaTiO3 and APTMS-m-BaTiO3 allows more surface structures from the original hole into a smoother surface; a test of physical properties, effectively increasing; in mechanical properties test results, hardness and abrasion index, are all rising. The bending and tensile test, adding BaTiO3 or APTMS-m-BaTiO3, its strength is rised; thermal properties, heat resistance improving effect is more significant; in terms of electrical properties, with BaTiO3 and APTMS-m-BaTiO3 Add permittivity have to enhance the effect; transmittance affect optical properties, add more content BaTiO3 and APTMS-m-BaTiO3, and will make it light transmission decreased, whereas the absorbance of a good promotion effect.

摘要 I
Abstract III
目錄 IV
表目錄 VIII
圖目錄 X
第一章、 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究動機 2
1-3 研究方向 4
第二章、 文獻回顧 6
2-1 熱固性高分子複合材料 6
2-1-1 高分子材料 6
2-1-2 熱固性塑膠 6
2-2 奈米複合材料 7
2-2-1 奈米複合材料的定義 7
2-2-2 奈米複合材料之特性應用 8
2-2-3 奈米複合材料之分類 10
2-2-4 奈米複合材料之起源與發展 11
2-3 奈米高分子複合材料製備方法 12
2-4 表面改質原理 15
2-5 原位聚合法介紹 16
2-6 環氧樹脂介紹 16
2-6-1 環氧樹脂 16
2-6-2 環氧樹脂硬化反應 18
2-7 奈米鈦酸鋇 20
2-8 介電性質介紹 21
2-8-1 極化(Polarization) 21
2-9 文獻回顧 24
第三章、 實驗部分 29
3-1 實驗材料 29
3-2 實驗儀器與設備 31
3-3 實驗流程圖 35
3-4 實驗步驟 36
3-4-1 改質奈米鈦酸鋇APTMS-m-BaTiO3之製備 36
3-4-2 環氧樹脂/奈米鈦酸鋇複合材料之製備 37
3-5 材料測試方法 39
3-5-1 傅立葉紅外線光譜分析(FTIR) 39
3-5-2 粒徑分析(Particle) 42
3-5-3 掃描式電子顯微鏡 ( SEM ) 成像分析 43
3-5-4 化學分析電子儀 ( ESCA ) X光光電子能譜分析 44
3-5-5 密度(Density) 46
3-5-6 空孔率計算(Void Content) 46
3-5-7 硬度(Hardness) 47
3-5-8 耐磨耗測試(Wearing) 48
3-5-9 抗折試驗(Flexure) 50
3-5-10 抗張測試(Tensile) 53
3-5-11 耐衝擊強度測試(Impact) 55
3-5-12 熱重量分析(TGA) 57
3-5-13 維卡溫度(Viat temperature) 59
3-5-14 介電常數評估套件 ( DAK ) 介電常數分析 60
3-5-15 透光率(Transmittance) 61
第四章、 結果與討論 63
4-1 奈米複合材料結構與形態學之探討 63
4-1-1 傅立葉轉換紅外線光譜分析(FT-IR) 63
4-1-2 粒徑分析(Particle) 67
4-1-3 掃描式電子顯微鏡 ( SEM ) 成像分析 70
4-1-4 化學分析電子能譜(ESCA) 81
4-2 奈米複合材料物理性質之探討 83
4-2-1 密度之探討(Density) 83
4-2-2 空孔率之探討(Void Content) 85
4-3 奈米複合材料電性質之探討 87
4-3-1 介電常數 ( Dielectric constant ) 87
4-4 奈米複合材料熱性質之探討 90
4-4-1 熱重量分析 ( TGA ) 90
4-4-2 維卡軟化溫度 ( VST ) 95
4-5 奈米複合材料機械性質之探討 97
4-5-1 硬度測試 ( Hardness ) 97
4-5-2 耐磨耗測試 ( Wearing ) 99
4-5-3 抗折試驗 ( Flexural ) 102
4-5-4 抗張試驗 ( Tensile ) 106
4-5-5 耐衝擊強度試驗 ( Impact ) 110
4-6 奈米複合材料光學性質之探討 113
4-6-1 透光率 ( Transmittance ) 113
第五章、 結論 116
第六章、 參考文獻 119

[1] 林宏淵，國立交通大學材料科學與工程學系所，高分子材料。
[2] Willian F.Smith，材料科學與工程，第三版，高立圖書有限公司，(2005)。
[3] 馬振基，施文昌，「複合材料簡介」，科學月刊，(1992.10)。
[4] 國立成功大學航空太空工程學系，高分子複材製作。
[5] 許明發，郭文雄，「複合材料」高立圖書(2004.1)。
[6] 黃仁清，東南科技大學，機械工程系暨研究所，奈米材料。
[7] 黃盈賓，「熱固性/熱塑性高分子混摻系統型態與反應機構之探討」，(2001)。
[8] 李世陽，「奈米科技在高分子產業應用探索」,工研院化工所培訓班講義， (2002.3)。
[9] 廖世傑，「工業材料」，156 期，(1999)。
[10] Roy R, Komarneni S, Roy D M. Mater Res Soc Symp Proc, 1984, 32: 347.
[11] F.O.Eduward and B.S.Olga, Plastic deformation and performance of engineering polymer materials,6,1-9(1995).
[12] 陳劉旺，丁金超，「高分子加工」，高立圖書，(2013.8)。
[13] 郭宗鑫，「不飽和聚酯/二氧化鈦奈米複合材料的合成與性質之研究」，中國文化大學材料科學與奈米科技研究所碩士論文， (2014)。
[14] M. R. Schütz, K. Sattler, S. Deeken, O. Klein, V. Adasch, C.H. Liebscher, U. Glatzel, J. Senker, and J. Breu, Journal of Applied Polymer Science, 117, 2272 ( 2010).
[15] 孫逸民，謝正悅，王春山，化工技術 48，37 (2000) 。
[16] X.M. Chen, B.Ellis, “Chemistry and Technology of Epoxy Resins”, Chapman & Hall, Netherlands，(1993)
[17] 王德中編著，”環氧樹脂生產與應用”，化學工業出版社，(2001)
[18] 賴家聲編著，”高分子加工”，高立圖書有限公司，(1999)
[19] 林志謙，「具高介電常數及高性能之酚醛樹酯/鈦酸鋇奈米複合材料之製備」，中國文化大學材料科學與奈米科技研究所碩士論文，(2016)
[20] 林煥祐，朱智謙，江長凌，台灣大學化研所，介電原理與介電性質。
[21] 呂敏豪，「不飽和聚酯/奈米鈦複合材料的合成與性質之研究」，中國文化大學材料科學與奈米科技研究所碩士論文， (2015)
[22] 賴柏誠，「高介電值閘極介電層低溫製程薄膜電晶體的研究與開發」，國立台灣大學應用力學研究所，(2009)。
[23] 陳志豪，「金氧半元件中高介電係數閘極介電層之反轉穿隧電流特性分析」，國立台灣大學電子工程學研究所論文，(2007)。
[24] 張翔筆，「利用高介電材料與三五族高電子遷移率通道材料之介面調變工程作為鈍化保護以實現超越矽互補式金氧半場效電晶體技術之研究」，國立清華大學材料科學工程學系，(2011)。
[25] 陳映璁，「利用高介電係數電介質/金屬閘極結合化學氧化物的整合結構去達到高效能的20奈米n型及p型金屬氧化物半導體元件」，國立成功大學微電子工程研究所，(2013)。
[26] 許樹恩,吳泰伯,「X光繞射原理與材料結構分析」,中國材料科學學會出版(1996)。
[27] 賴英煌，邱雯藝，洪偉修，同步輻射 X-ray 光電子能譜在表面化學之研究，CHEMISTRY (THE CHINESE CHEM. SOC., TAIPEI) SEP. 2002 Vol. 60, No. 3, pp.381~390.
[28] J. Robert N. Wenzel,Surface Roughness and Contact Angle,Phys. Chem., 1949, 53 (9), pp 1466–1467.
[29] Dr.Ferenc Muranyi,Update on Dielectric Measurement Systems:DAK,DAK-TL,&Beyond,Auden&SPEAG Taiwan/China 2015 Workshop Series, 13-22(2015).
[30] 賴柏誠，"高介電值閘極介電層低溫製程薄膜電晶體的研究與開發"，國立台灣大學應用力學研究所，(2009)。
[31] 無機化學，第四版，高等教育出版社。