奈米材料的比較

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奈米材料的比較. 忠信科技 陳忠詰. 三大比較. A :反應型 V﹒S﹒ 結晶型。 B :奈米溶膠加工 V﹒S﹒ 傳統加工。 C :不同奈米材料之比較。. A :反應型 V﹒S﹒ 結晶型。 報告大綱. 壹:藥液生產方式與藥液成份。 貳:藥液生產方式的比較 參:藥液特性比較。 肆: Coating 的原理及操作。 伍: Coating 操作的比較。 陸:成品的性質比較。 柒:整體評估。. 壹:藥液生產方式與藥液成份. 一:反應型奈米溶膠 ( TiO 2 為例) : - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: 奈米材料的比較

奈米材料的比較

忠信科技 陳忠詰

Page 2: 奈米材料的比較

三大比較• A :反應型 V S﹒ ﹒ 結晶型。• B :奈米溶膠加工 V S﹒ ﹒ 傳統加工。• C :不同奈米材料之比較。

Page 3: 奈米材料的比較

A :反應型 V S﹒ ﹒ 結晶型。報告大綱

• 壹:藥液生產方式與藥液成份。• 貳:藥液生產方式的比較• 參:藥液特性比較。• 肆: Coating 的原理及操作。• 伍: Coating 操作的比較。• 陸:成品的性質比較。• 柒:整體評估。

Page 4: 奈米材料的比較

壹:藥液生產方式與藥液成份• 一:反應型奈米溶膠( TiO2 為例) : Ti ( OR ) 4 + H2O = Ti ( OR ) 3 ( OH )+ HOR Ti ( OR ) 3 ( OH )+ H2O = Ti ( OR ) 2 ( OH ) 2 + HOR Ti ( OR ) 2 ( OH ) 2 + H2O = Ti ( OR )( OH ) 3 + HOR

Ti ( OR )( OH ) 3 + H2O = Ti ( OH ) 4 + HOR

Ti ( OH ) 4 + Ti ( OH ) 4→2 TiO2 + 4H2O

2 TiO2 + Ti ( OH ) 4→3 TiO2 + 2H2O

3 TiO2 + Ti ( OH ) 4→4 TiO2 (※)+ 2H2O

4 TiO2 → → → → → → → → TiO2 ( n )(※ TiO2 有 A 、 B 、 R 及非晶態同時存在)(反應為水解、縮合兩步驟,藉操作條件在同一槽進行。)

Page 5: 奈米材料的比較

反應型奈米溶膠藥液的問題

• 一:溶液成份複雜:至少 10 種成份。• 二:溶液中成份,相對量會不斷變動。• 三: TiO2 的結晶形態複雜( 4 種)而無法控制。• 四: TiO2 的粒徑會不斷變大。• 五:溶劑的揮發太快,固含量變異性大。

Page 6: 奈米材料的比較

• 二:結晶型奈米溶膠( TiO2 為例):• TiCl4 + H2O→ TiCl4 H2O‧• TiCl4 H‧ 2O + NH4OH →Ti ( OH ) 4 + NH4Cl• Ti ( OH ) 4 + NH4Cl + H2O→→→ Ti ( OH ) 4

• Ti ( OH ) 4 + H2O→ Ti ( OH ) 4 H2O‧• Ti ( OH ) 4 H2O‧ + H2O2→→TiO2 + H2O +• O2 • (反應包括預處理、中和、純化、結膠、熟化五步驟)• (各反應在分別獨立的反應槽進行)

Page 7: 奈米材料的比較

貳:藥液生產方式的比較

項 目 反應型 結晶型 原物料 Ti ( O

R ) 4

TiCl4

價格(元∕升)

1000 ~ 4000 2500

操作步驟 1 5

操作時間 1 小時 64 小時 設備設計 簡單 複雜而特殊 操作困難度 低 很高

Page 8: 奈米材料的比較

參:藥液特性比較 比較項目 反應型 結晶型 主成份種類 10 (膠合劑∕分散

劑) 2

主成份變異性 高(反應持續)

不變

固含量變異性 高(溶劑揮發)

很低

TiO2 含量變異 變動 很低TiO2 結晶型態 A 、 B 、 R 及非晶

態 anatase

TiO2 粒徑 持續變大 不變(水合強)

Page 9: 奈米材料的比較

肆: Coating 的原理及操作• 一:反應型:• (一)吸附原理:• 1‧ 溶劑揮發,固體沉積。• 2‧ 膠合劑作用。• 3‧ 燒結成膜。• (二)操作:• 1‧ 拉昇速度快。• 2‧ 低溫、低濕。• 3‧ 一次 coating 。• 4‧ 高溫燒結。

Page 10: 奈米材料的比較

• 二:結晶型:• (一)吸附原理:奈米粒子的高吸附性及高成膜• 性。• (二)操作:• 1‧ 多次 Coating :底塗、增厚、(面塗 )• 2‧ 中溫、低溼。• 3‧ 依需求有多種燒結條件。

Page 11: 奈米材料的比較

不同塗佈層的功用及厚度分類 功 用 厚度

( nm ) 控制要因

底塗 1‧ 形成良好附著2‧ 填平孔隙

10 ~ 15 藥液溫度 濕度

增厚 完成所需膜厚 依需要( 100 ~ 200 )

拉昇速度 藥液溫度

面塗 使表面平整化 10 ~ 20 拉昇速度

Page 12: 奈米材料的比較

伍: Coating 操作的比較 比較項目 反應型 結晶型 浸泡次數 可一次完成 3 ~ 4 次 藥液溫度 愈低愈好 30 ~ 40℃ 環境溫度 愈低愈好 30 ~ 35℃ 濕度 愈低愈好 愈低愈好拉昇速度對膜厚 愈快愈厚 愈快愈厚 自動控制 不能 可自動控制 分析頻率 高( 2 ~ 4Hr∕ 次) 低( 3 ~ 6 天∕

次) 操作條件調整 隨藥液老化調整 不需要 換槽要求 2 ~ 4 週 半年~一年 污染防治要求 高 一般

Page 13: 奈米材料的比較

陸:成品的性質比較 比較項目 反應型 結晶型

膜厚再現性 不佳 良好

膜層安定性 容易脫膜 安定性高

光譜再現性 不佳 良好 光譜安定性 不佳 良好

燒結溫度 較高 較低

Page 14: 奈米材料的比較

反應型光譜不安定的原因

• 一:鍍層成份複雜且相對量會不斷變動。• 二: TiO2 的結晶形態複雜( 4 種)而無法控制。• 三:溶劑揮發太快,膜層會留下孔洞。• 四:膜層厚度隨溶劑揮發而變。• 五:成份比重差異太大。

Page 15: 奈米材料的比較

反應型膜層易脫落的原因

• 一:溶劑揮發,膜層會留下孔洞。• 二:鍍層成份相對量變動時,造成結晶缺陷。• (成份由原物料經中間產物至 TiO2 ,比重不斷提高 ,留下結晶缺陷。 )

• 三: TiO2 粒徑不斷變大,亦會留下結晶缺陷。• 四: TiO2 粒徑太大,附著力迅速下降。

Page 16: 奈米材料的比較

柒:整體評估項目 內容 反應型 結晶型

浸泡次數 可一次完成 3 ~ 4 次 藥液溫度 愈低愈好 30 ~ 40℃ 拉升速度 100 ( mm/min ) 50 ( mm/min ) 操作環境 低溫低溼 中溫低溼 自動控制 不能 可自動控制 分析頻率 高( 2 ~ 4Hr∕ 次) 低( 3 ~ 6 天∕次) 操作條件調整 隨藥液老化調整 不需要調整 換槽頻率 2 ~ 4 週 半年~一年

成 本 100% 30 ~ 50% 成 品 品 質

品質安定性 不佳 良好 品質再現性 不佳 良好 膜層吸附性 不佳 良好 後製程要求 高 一般

污染防治需求 很高 一般

Page 17: 奈米材料的比較

奈米溶膠加工 V S﹒ ﹒ 傳統加工比較項目 高分子薄膜 金屬氧化物薄膜 奈米溶膠薄膜 作法 浸泡、烘烤 真空鍍膜 浸泡、烘烤 設備成本(萬元)

500~1,000 7,000~12,000 300~700 成 本 操作成本(元

∕ M2) 2,000~3,000 15,000~20,000 1,500~2,000

環境污染 嚴重 輕微 無 品質良率 60~8%0 ≧ 90% ≧ 98% 生產模式 ∕多片 次 ∕單片 次 ∕多片 次 產出速度 快 慢 快 擴充性 高 低 高 產品形狀 限制

無 1不得有死角。

2不得凹凸不平。 無

生 產

產品形狀 變異性

高 低 高

耐磨性 低 佳 佳 易潔性 差 差 佳 耐久性 低 佳 佳 防靜電 無 佳 佳

功能性

光學性 差 佳 佳

Page 18: 奈米材料的比較

不同奈米材料之比較比較項目 TiO2 SiO2(I) Al2O3

硬 度 8H 3H 9H

密 度 3.84 2.32 3.99

折 射 率 2.6 89 1.498 1.578

吸 水 性 低 高 高粒徑(nm) 2~8 15~30 5~15

粒徑安定性 很高 低 高pH安定範圍 0~14 4~8 3~12

結晶型態 anatase square tetrahedral

結晶形狀 針狀 片狀 顆粒狀吸附性 佳 差 佳成膜性 佳 差 佳

操作性 藥液安定性 高 低 高

Page 19: 奈米材料的比較

比較項目 TiO2 SiO2(I) Al2O3

水 痕 明顯 輕微 輕微色 差 嚴重 輕微 輕微光 滑 性 差 高 高易 潔 性 佳 差 佳吸 濕 性 低 高 高耐 磨 性 佳 差 佳防 淨 電 佳 一般 佳增硬 佳 差 佳

提高透光性 最佳 佳 佳耐酸性 佳 差 差耐鹼性 佳 差 佳耐候性 佳 差 佳

光觸媒反應 強(強) 無 無樹脂添加性 差 佳 佳添孔能力 低 佳 佳防霧性 差 佳 佳

抗指紋 佳 差 佳