臺灣大學高分子科學與工程學研究所學位論文
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我們利用全原子模型的分子動力學模擬及理論計算，探討導電高分子材料聚噻吩(PT)和聚3-己烷噻吩(P3HT)在四種矽烷分子鏈(OTS、ODTS、APS，以及AHS)表面的作用情形；四種矽烷分子鏈涵蓋了接枝鏈長度與末端官能基(甲基和胺基)對於PT或P3HT高分子鏈構形，以及吸附位向的影響。在各組系統中，隨著接枝密度越高，接枝鏈仰角越大，導因於接枝密度上升時，接枝鏈間距將隨之縮短，致使接枝鏈間的凡得瓦作用力提升，因而開始有聚集之型態產生。此外，接枝鏈較長的ODTS系統，分子鏈間凡得瓦吸引力較短鏈段OTS更為強烈，致使在任一接枝密度下，ODTS接枝鏈仰角均比OTS來得大。值得注意的是，OTS與ODTS在接枝密度達100%時為最接近實驗結果之系統，由模擬結果得知，接枝鏈均以全反式構形朝垂直於基板方向向上延伸，致使PT主鏈可受末端甲基上的氫原子所吸附而朝表面平躺。此外，P3HT烷基側鏈水平散佈於基板表面，形成共平面性較好的P3HT分子鏈。而對於含有胺基末端基的系統(APS和AHS)，也觀察到相同的接枝密度與接枝鏈長度效應，但含有極性胺基末端基的系統可能受到下方二氧化矽表面氫氧基的吸引(表面氫鍵效應)，亦或是受鄰近分子鏈末端的胺基官能基的吸引，致使接枝鏈較易彎折。在實驗系統中，APS末端胺基與表面之氫鍵效應將可能佔據了其他有效的吸附位置，無法形成較高之接枝密度，因而APS之接枝密度約為60%。此時末端胺基易受二氧化矽表面吸附而產生特殊之吸引位向，此位向將可誘導噻吩以垂直位向被吸附至表面，但P3HT烷基側鏈與接枝鏈末端胺基之排斥力，仍將造成P3HT主鏈產生較大之旋扭角，有較差之共平面性。此外，對於長鏈段AHS系統而言，PT主鏈有較差之吸附性，但P3HT可藉由烷基側鏈拉攏高分子鏈至帶有長碳鏈的AHS表面排列，因而部分噻吩仍有機會受到末端胺基的吸引，致使P3HT平均噻吩仰角仍較OTS與ODTS的系統來得大。
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摘要 本研究目的是利用無乳化劑乳化聚合法製備溫度敏感磁性中空乳膠顆粒，並將合成出的顆粒包覆藥物，進行各項測試。 本論文分三部份，第一部份：合成Poly(Methylmethacryl-Methyl acrylic acid)(poly(MMA-MAA))乳膠顆粒，並以此乳膠顆粒為seeds，再分別加入N-Isopropylacrylamide(NIPAAM)、Methyl acrylic acid(MAA)、交聯劑N,N’-Methylene-bisacrylamide(MBA)及起始劑Potassium persulfate(KPS)，形成外層有交聯結構的Poly(MMA-MAA)/poly(NIPAAM-MAA)乳膠顆粒。接者加入氨水，將顆粒內部無交聯的部份Poly(MMA-MAA)溶解出來，形成中空乳膠顆粒。在實驗中，改變殼層NIPAAM及MAA比例、MBA量，並以TEM觀察中空顆粒形態並探討其性質。 第二部份，我們利用具有羧酸基之中空乳膠顆粒Poly(NIPAAM-MAA)，加入鐵離子並與顆粒鍵結成-COOFe2+及-COOFe3+，當氨水參與反應時，Fe3O4將會以in-situ的方式形成。針對不同殼層比例並改變磁流形成環境的pH值、溫度及磁流添加量，由TEM圖觀察磁性乳膠顆粒上磁流的分布及性質。 第三部份，選出上述步驟中，磁流分佈較均勻的磁性中空乳膠顆粒為seeds，再添加NIPAAM、MAA、MBA及KPS形成Poly(NIPAAM-MAA)/Fe3O4/Poly(NIPAAM-MAA)中空磁性乳膠顆粒，改變seeds濃度、NIPAAM、MAA及MBA量，並進行LCST及TEM的測試與觀察。最後，利用紫外光-可見光分光光度計在272nm，於不同時間下取樣測試咖啡因濃度-藥物包覆釋放實驗，並討論不同pH值、不同溫度下包覆效果。 關鍵字：氮-異丙基丙烯醯胺，甲基丙烯酸，中空乳膠顆粒，磁性，藥物釋放
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本研究利用兩種天然耐酸性材料，褐藻酸鈉與醋酸鄰苯二甲酸纖維素(CAP)，以及耐鹼性材料－幾丁聚醣包覆乳酸(Lactobacillus plantarum)，製成乳酸菌複合顆粒及乳酸菌粉。調整包覆製程條件，找尋最佳保護效果，以減少乳酸菌受到胃部酸性環境及腸道膽汁的損害，增進乳酸菌產品效能。 以褐藻酸鈉、幾丁聚醣及氯化鈣製備褐藻酸鈣/幾丁聚醣複合顆粒包覆乳酸菌，探討不同製程條件之複合顆粒對乳酸菌保護效果的影響。實驗結果發現若使顆粒中包覆的乳酸菌濃度過高，反而會造成存活率降低，以30 倍濃縮菌液為最佳包覆乳酸菌數。單層包覆之褐藻酸鈣顆粒，在經pH 2 人工胃液耐酸性測試後，包覆之乳酸菌存活率約為15%，再經褐藻酸鈉二重包覆後，可提升存活率至70%。以包覆法製備複合顆粒能夠有效增加顆粒中幾丁聚醣含量，其中又以使用重量平均分子量6 萬的幾丁聚醣製成複合顆粒有最佳的保護效果，此顆粒再經二重包覆複合顆粒，經pH 2 人工胃液處理兩小時，再於人工膽汁中經一小時後，仍有30%以上的存活率。使用較高濃度的氯化鈣溶液硬化顆粒，也可提升乳酸菌存活率。包覆乳酸菌之複合顆粒於人工腸液中經6~10 小時可將乳酸菌完全釋放，達到提升乳酸菌效能目的。 另一種包覆方法為利用褐藻酸鈉、CAP 及幾丁聚醣製成乳酸菌粉。實驗結果發現CAP 及幾丁聚醣皆可幫助乳酸菌沉降，提升乳酸菌收率。以褐藻酸鈉或CAP於外層包覆製備乳酸菌粉，兩種耐酸性包覆材料皆可有效提升乳酸菌粉耐酸性，其中以褐藻酸鈉包覆有較佳的保護效果，於人工胃液中經二小時後，約有68%的存活率。增加外層CAP 包覆濃度，也可提升菌粉耐酸性保護效果。在耐膽鹽性方面，以幾丁聚醣幫助乳酸菌離心之菌粉有較佳的耐膽鹽保護效果，如外層再以褐藻酸鈉進行包覆，此菌粉經耐膽鹽性測試三小時後，仍有5%以上存率。乳酸菌粉在人工腸液中4~6 小時即可完全釋放，藉此增進乳酸菌效能。
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配向膜為液晶顯示器中相當重要的組成，而工業上是利用定向摩擦法製備配向膜。由於該法的配向機制相當複雜，學者們也提出多種理論來解釋當中的機制。其中，Berreman(1972、1973)提出了溝槽理論，並以彈性位能以及自由能的觀點來解釋液晶分子為何會順著溝槽方向排列。在本研究中，我們將同時透過模擬以及實驗，探討液晶分子在微溝槽表面上的排列行為。此外，預傾角(pretilt angle)的調控為控制顯示效果的關鍵技術所在，也為本研究中的重點。 在模擬液晶分子在微溝槽上排列情形的部分，我們根據Oseen-Frank所提出的彈性自由能以及Rapini-Papoular針對表面能量的計算式，利用變分法計算出所需的主導方程式以及對應的邊界條件。其邊界的溝槽結構配合實驗所使用的軟性模板壓印法(soft embossing)，不侷限於以往的正弦結構，而改採方波形結構；藉由模擬計算，我們不僅可以改變不同的表面配向性質下各種溝槽結構，得到其預傾角以及方位角(azimuthal angle)隨之變化的趨勢，也可以觀察複合配向性質的平面上液晶的排列行為。研究成果顯示在表面為垂直配向的條件下，液晶分子於系統中的方位角皆為0°，而其預傾角將隨著溝槽深度增加而下降，但超過某一臨界深度後預傾角即不再繼續變化。進一步於相同溝槽深度下改變溝槽底部與頂部平台的寬度比例，發現預傾角隨其比例的增加會有先減後增的趨勢；但若深度條件皆大於臨界深度，則預傾角則隨其比例增加而持續下降。上述溝槽結構對預傾角影響在降低系統錨附能後，其趨勢不變，但變化幅度縮小。表面性質為水平配向時，液晶的預傾角為0°、方位角為90°，若增加表面最適角(preferred tilt angle)，預傾角將隨之增加而方位角下降。此外我們發現在複合配向性質的平面上，交錯的垂直配向及水平配向區塊也能誘導液晶分子均勻排列，所得方位角為0°，預傾角則依錨附能及兩相異配向性質之間的比例而變化。 在實驗的部分，我們利用軟性模板壓印法來製備次微米等級的微溝槽結構，所採高分子基材為常用於可撓式基材材料之一的PET(Polyethylene terephthalate)。將製備好的PET微溝槽表面合成液晶盒(liquid crystal cell)後發現其預傾角為0°，4’-n-pentyl-4-cyanobiphenyl(5CB)液晶分子沿溝槽方向水平排列，與模擬結果相符。當於PET微溝槽表面上覆蓋一層OTS(Octadecyltrichlorosilane)自聚性分子膜，其製備而成的液晶盒之預傾角為90°且偏光顯微鏡在各角度下皆為暗態，代表表面性質為垂直配向。各取一水平配向及一垂直配向的微溝槽表面合成液晶盒，發現在偏光顯微鏡下任何角度皆無暗態出現，間接印證了模擬中當表面性質為垂直配向時，液晶方位角為0°之結果。除此之外，我們進一步使用末端碳鏈長度不同的有機矽烷於PET微溝槽表面上形成自聚性分子膜(self-assembled monolayers, SAMs)，改變其表面之配向性質。透過調整不同的成膜條件，我們成功的在0°到90°的區間範圍內調控液晶之預傾角。除了微溝槽結構表面以外，複合配向性質表面也如同模擬所得結果，成功的誘導液晶分子於其表面上均勻配向。
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此論文主要探討聚胺酯薄膜的合成,物性,應用,及如何利用溫度的改變控制其透水蒸氣性。此論文中,我們在控制其它變數的情況下,一一改變了: 硬鍵含量,親水軟鍵含量,以及異氰酸酯數,並觀察與其相對應的機械性質改變,熱性質改變,切面表面形態改變,及透水蒸氣性質的改變。另外,我們在親水軟鍵含量,異氰酸酯數的這兩組實驗中,找到合理的數據支持聚胺酯薄膜的透水蒸氣性和溫度的關係符合阿瑞尼士方程式,而可藉此方程式預測在某一溫度下的透水蒸氣性,以達到用溫度準確控制聚胺酯薄膜透水蒸氣性能的目的。然而,在此論文發現聚胺酯薄膜在玻璃轉化溫度區間,透水蒸氣性質增加了3200 %,從實驗數據及原子力顯微鏡(AFM)中,我們得知聚胺酯薄膜軟區(Soft Domain)中的聚氧乙烯二醇(PEG)扮演最主要也最關鍵的水蒸氣輸送角色。
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高分子與無機奈米粒子的複合材料可以達到良好的熱穩定性、低熱膨脹係數、優越的機械性能，以及對水氣及氧氣有好的阻絕能力及高的光穿透度，是一種極具潛力的封裝材料。本研究中我們欲開發可光聚合的奈米複合材料應用在太陽能電池的封裝，並研究奈米粒子的形狀、表面改質劑及對材料做熱處理後對奈米複合材料的性質影響。 我們在壓克力樹酯tricyclodecane dimethanol diacrylate(TCDDA)中混入7wt%以矽烷偶合劑3-trimethoxysilyl propyl methacrylate (MPS)改質的水合氧化鋁片狀奈米粒子(柏買石, 25nm x20nm x2nm)，可以有效的提升材料阻絕水氣的能力，水氣穿透率和純TCDDA高分子相較降低了約44%，且能少許的提升奈米複合材料的硬度9%，但由於片狀的柏買石會散射光線，使得壓克力樹酯未能完全聚合，並造成了熱裂解溫度(Td)較純壓克力樹酯降低約3%且熱膨脹係數升高了24%。我們將奈米複合材料以100oC熱處理24小時，可以進一步改善其熱性質及機械性質，但卻影響了其光學性質：和純壓克力樹酯相比，混入7wt%MPS改質後的柏買石的光穿透度在波長400nm的位置由90%降至70%，試片在熱處理之後產生了黃化的現象。而試片之所以黃化可能是因為起始劑所產生的安息香醛自由基在熱處理之後再結合形成benzil所導致。但我們經由置換表面改質劑為具有氨基的3-aminopropyltrimethoxysilane(APTMS)後可以改善試片黃化的問題，因為其表面的氨基可以抑制benzil的生成，並降低試片黃化造成的吸收提高光穿透度達85% (400nm~900nm)。 我們以含7%重量比的APTMS改質的柏買石添加的壓克力樹酯為基本配方再混入30wt%以MPS改質的二氧化矽奈米粒子(20~25nm)，相較於純壓克力樹酯，可以更有效的提升26%的硬度、降低22%的熱膨脹係數及降低達68%其水氣穿透率。若是以MPS改質的柏買石混入二氧化矽的系統中，硬度因為其改質劑表面的壓克力基可以和壓克力樹酯產生鍵結，使其在硬度方面表現更為優異(28Hv->35Hv)。在穿透式電子顯微鏡可以觀察到7wt%的片狀奈米柏買石在壓克力樹酯中分散的很好，但在添加二氧化矽奈米粒子時，其對柏買石產生了吸附的效果，形成較大卻不緊密的聚集，而隨者二氧化矽奈米粒子的量越來越多其分散在柏買石之外的壓克力樹酯中。 本研究中我們發現片狀的柏買石奈米粒子對阻擋水氣穿透具有極好的效果，而二氧化矽奈米粒子則能有效提升複合材料的機械性質及熱性質。不同的無機粒子表面改質劑因其表面官能基不同，對複合材料表現出的物性及化性也具有極大的影響。
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芳香族聚醯亞胺是眾所皆之的高熱安定性及高折射率材料，因此在學術研究及光電元件的應用上十分廣泛，但是其應用性受限於低溶解度及難熔性。導入羥基於聚醯亞胺結構中是一個重要的方法，不僅可以有效地提升溶解度，並且提供了有機及無機材料鍵結的反應位置。由於有機/無機混成材料較其單一材料具有機械性質、熱性質、及光學性質上的提昇效果，因此近年來已逐漸受到重視及研究。本論文的研究目標為設計與合成出新穎的高分子/二氧化鈦混成材料並探討其在光學膜上的應用，進而製作出色淡、透明性、高折射率光學膜。 在第二章中，首先合成兩種新型含羥基的二胺單體2,3-bis(4-amino-3-hydroxyphenoxy)naphthalene 及2,7-bis(4-amino-3-hydroxyphenoxy)naphthalene，並聚合出兩系列新穎的可溶性聚醯亞胺。具有羥基的聚醯亞胺與四丁基鈦可進一步藉由控制有機/無機莫耳比例成功地製備有機/無機混成光學材料。此光學薄膜(100-500 nm)的折射率可由二氧化鈦含量自由地調控(n介於1.67-1.99)。更進一步，我們成功合成出二氧化鈦含量達50 %的光學厚膜，此光學厚膜(20-30 μm)的折射率及二氧化鈦含量皆高過於至今的所有文獻。此系統的光學厚膜亦具有高撓曲性、高機械強度、出色的熱性質、低熱膨脹係數、高折射率，及可見光區的高穿透度。 在第三章中，導入六氟基團於具有羥基的聚醯亞胺中，更有效地增加了材料的溶解度。一系列的高折射率及高光學透明性的聚醯亞胺-二氧化鈦混成光學材料也成功地合成，其光學薄膜(100-1000 nm)的折射率可由二氧化鈦含量自由地調控(1.61-1.99)。此有機/無機光學厚膜(20-30 μm)亦具有高撓曲性、高機械強度、出色的熱性質、低熱膨脹係數、高折射率，及可見光區的高穿透度。
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靜電紡絲是一種能夠將高分子材料製備成多功能性奈米纖維的新穎技術，所以近年來已廣泛地被探討。共軛高分子具有良好之導電及光電效率，可廣泛應用於光電元件上。其共軛高分子的光物理特性，可以藉由高分子混摻亦或是不同的合成方法來調控，以增強在元件應用上的特性，然而，目前的研究多是以共軛高分子薄膜的形態為主，較少探討共軛高分子奈米纖維的形態與光物理特性，主要的原因是對於靜電紡絲製程，共軛高分子有較低分子量與溶劑選擇的限制。因此，本論文的研究目標為設計靜電紡絲製程並操控其製程條件，製備出不同樣式的新穎共軛高分子靜電紡絲纖維(包含不織布、定向性或是核殼纖維的型態)，研究其形態與光物理特性，並探討其在感測元件織物上的可能應用，舉凡pH值之酸靈敏感應、偏極光特性、DNA感測、環境檢測。上述的各項特性也與薄膜型態進行比較。 本文的第一個部分(第二章)，我們利用單軸靜電紡絲系統，成功製備出以共軛性茀系衍生物之高分子(PFO, PFQ, PFBT, PFTP)混合非共軛高分子(聚甲基丙烯酸甲酯, PMMA)之靜電紡絲纖維。由SEM的結果顯示，PFO/PMMA可發光性之奈米纖維的纖維直徑為250-750nm。而由TEM的測試結果發現，共軛高分子PFO在PFO/PMMA纖維內是以類似纖維狀存在，隨著PFO在整體成份的比例提高，聚集尺度漸增，並且形成一個特殊的核殼結構(core-shell/ PFO-PMMA structure)，我們推測這主要是因為相較於PMMA，PFO在氯仿中的溶解度較差，導致其會較快固化於整體纖維的中央。從共軛聚焦顯微鏡的觀察中，我們發現PFO在纖維內的聚集尺度遠小於PFO在薄膜型態的聚集尺度，故相較於薄膜，經由静電紡絲製程能夠降低共軛高分子的聚集，使得發光顏色較為藍移，並且有較高的發光量子效率。藉由混合入不同的茀-受體交替共聚高分子於PMMA中，我們可以製備出不同發光的奈米纖維，獨特的發光奈米纖維如PFO/PMMA, PFQ/PMMA, PFBT/PMMA, PFTP/PMMA，其最大放光波長/顏色分別如下: (443nm/藍色)、(483nm/綠色)、(539nm/黃色)、(628nm/紅色)。此部分的研究證實，我們利用共軛性茀系衍生物之高分子混合非共軛高分子，以靜電紡絲技術製備而得的靜電紡絲纖維，可以得到全光色之特殊的發光奈米纖維。 本文的第二個部份(第三章)，我們利用單軸靜電紡絲系統再搭配自製的收集器，將共軛性茀系衍生物之高分子(PFO與PF+)分別與非共軛性高分子(聚甲基丙烯酸甲酯, PMMA)混合後，製備出具備高度定向的共軛高分子混合之靜電紡絲纖維。利用SEM觀察可發現不同收集器的中空寬度會影響纖維的定向程度，其中以寬度在0.5-1.5公分者為最佳，且其纖維具備高度定向性，而纖維直徑細度是250-500nm，纖維表面平滑不具備孔洞。利用TEM觀察出PFO的微相分離形態在纖維裡頭是平行整根纖維，而PF+則是呈現週期性的延纖維方向進行聚集。相較於不織布或是薄膜形式，這樣子的定向性纖維具備高達4倍的偏極光效果。除此之外，在PF+與PMMA混合的奈米纖維，由於比薄膜具備較高的比表面積，因此能夠有更靈敏的DNA質體感測效果。因此，此章節所研究製備的定向性纖維具備有偏極光以及感測質體DNA的特性，在光電元件與感測應用上具備潛力。 本文的第三個部份(第四章)，分別將兩種團鏈共聚合高分子(rod-coil diblock copolymer): PF-b-PMMA或是PPQ-b-PS，利用單軸靜電紡絲系統，成功製備出新穎的共軛高分子之靜電紡絲纖維，並利用溶劑選擇效應，探討共聚合物高分子在纖維中的形態與光物理性質特性的不同。首先，我們將PF-b-PMMA共聚合物高分子，分別從三種不同THF/DMF混合的溶劑系統中製備成奈米纖維，從實驗的結果中發現，不同的溶劑系統會使得在纖維內的PF團鏈聚集的形態與尺度發生轉變，在THF中會形成尺度在5-10nm的點狀(dot-like)，於THF/DMF (50/50)則是以尺度在10-20nm的線狀(line-like)存在，而在DMF中則是尺度在25-50nm的橢圓形狀(ellipse-like)，隨著DMF在混合溶劑系統中的比例增加，不但使得纖維的直徑細度降低，並且由於DMF是PF團鏈的不佳溶劑(poor solvent)，因此造成PF團鏈的聚集尺度增加，進而使得UV-vis吸收波長與光激發光波長(absorption or luminescence spectra)產生紅移的現象(red-shifting)。從我們的研究中証實，我們能夠成功製備出PF-b-PMMA放射藍光的奈米纖維，並經由溶劑選擇效應，藉由PF團鏈聚集形態與尺度的改變進而調控光色的變化。其次，我們亦將PPQ-b-PS共聚合物高分子，分別溶在三種不同的溶劑系統(dichloromethane, chlorobenzene, and chloroform)後，利用單軸靜電紡絲系統將其製備成奈米纖維，發現不同的溶劑會使得PPQ-b-PS產生不同程度的聚集，進而有不同的發光光色(綠、黃、橙色)。除此之外，更深入探討硬桿-柔軟嵌段共聚高分子的靜電紡絲纖維用於pH 感應器方面的應用。結果顯示不同溶劑製備的纖維，其對酸的感應程度隨著硬桿端高分子的聚集程度上升而下降。而由靜電紡絲製備的纖維會比其固態薄膜的感測性高。 本文的第四個部分(第五章)，我們利用雙軸的系統，製備出具有感測環境能力的核(PMMA)殼(P3HT)雙成分奈米纖維。這樣子的核(PMMA)殼(P3HT)雙成分奈米纖維，經由SEM觀察發現其纖維的直徑為500-700nm，且其纖維的表面均勻覆蓋著類似P3HT的特徵形態(worm-like)。當纖維放置在室溫大氣可見光的環境之下，隨著時間的增加，纖維的發光顏色會從紅光轉變到橘光，到兩週後呈現綠光的顏色，這主要是由於發生高分子鏈段的降解，導致共軛長度減短所致。除此之外，由於P3HT/O2的複合物形成(charge transfer complex, CTC)，使得兩週後的纖維在沒有進行doping下，發現具有導電的特性。然而，以上特殊的光電現象，則在薄膜的形態並沒有明顯地發現，故我們製備出的核(PMMA)殼(P3HT)雙成分奈米纖維是具備環境感測能力的潛力。
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本論文主要是探討二維電子施體、電子受體交替共聚高分子的光電特性，我們藉由Stille偶合反應及Yammamoto偶合反應合成PHQT、PFQT、PFQT2、PFQT3四種高分子。利用在側鏈引入不同基團 (茀或4-己基苯基)觀察側鏈與主鏈之間的交互作用，還有改變主鏈上電子施體 (噻吩)所佔之比例，研究主鏈上共軛長度對高分子光學、電化學性質的影響：紫外-可見光吸收光譜分成兩個區域，一個在300 nm~400 nm為單體π→π*的吸收範圍；另一個在500 nm~700 nm間是高分子鏈上分子內電荷轉移 (intramoleculars charge transfer)所造成的吸收，高分子能帶隙大約在1.75 eV~1.90 eV之間，其最高佔有分子軌域 (highest occupied molecular orbital, 簡稱HOMO)能階值大約在-5.27 eV~-5.13 eV之間。此系列高分子擁有不錯的熱穩定性，其熱裂解溫度大約都在400 ℃上下；利用廣角X光繞射測量高分子鏈在不同溫度下(100)結晶面間的距離，約為2.5 nm，隨著溫度升高，此距離亦隨之增加至2.8 nm。綜合以上所述，此系列高分子具有應用在光電元件活性層的可能性。
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近年來，因為奈米材料與奈米結構擁有許多特殊與極好的性質能應用於許多不同之領域，而引起大家的注意與熱烈討論，因此有許多的研究就是主要著重於設計與如何控制奈米材料於製備奈米結構之研究。本論文主要著重於奈米材料(高分子或二氧化矽顆粒以及奈米銀顆粒或奈米銀線)之製備，並且利用這些材料應用於製備光子晶體結構與電磁波屏蔽材料。 在製備光子晶體結構上，首先利用乳化聚合法、無乳化聚合法與懸浮聚合法合成粒徑均一之高分子(聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯)顆粒為模板，於基材上可排列成二維或三維光子晶體之結構，改變不同之顆粒粒徑可得相對應之光能量禁帶，再藉由溶膠凝膠法導入無機之二氧化矽前驅物，而後以階段升溫的方式將高分子模板移除可得到二維或三維規則排列之多孔性材料。由實驗結果可以發現，調配適當的無機物前驅物濃度可以得到二維或三維規則排列之多孔性材料。 除了高分子模板外，二氧化矽粒子也同樣能推疊成排列規則之光子晶體結構，而為了能有效的控制二氧化矽粒子之排列，在此利用二氧化矽包覆四氧化三鐵奈米粒子形成粒徑均一之磁性顆粒(粒徑為700nm)為模板，先以共沉澱法製備四氧化三鐵奈米粒子，再利用溶膠凝膠法以二氧化矽包覆四氧化三鐵奈米粒子，以此粒徑均一之磁性複合粒子為模板，於外加磁場的引導下，可使粒徑均一之磁性粒子整齊的排列於基材上而得三維光子晶體之結構，在光譜測量結果可以發現，所得之磁性光子晶體結構其光能量禁帶為1620nm。 在製備電磁波屏蔽材料上，利用奈米銀顆粒包覆二氧化矽粒子形成複合顆粒，先以溶膠凝膠法合成粒徑均一之二氧化矽顆粒，再與帶硫醇官能基之矽烷反應，將二氧化矽顆粒表面改質成硫醇官能基，再經由氧化還原反應將奈米銀顆粒沉積於二氧化矽表面。藉由調整不同的醇類反應系統，可得不同粒徑之二氧化矽顆粒；改變二氧化矽表面硫醇之改質程度與系統中硝酸銀之添加量，可得不同大小之奈米銀顆粒(2.9 ~ 51.5nm)。將銀包覆之二氧化矽複合粒子塗佈於基材上測試其電磁波屏蔽效果，由實驗中可發現隨著銀含量的提升可使電磁波屏的蔽效果隨之提升，在電磁波頻率為761MHz下其電磁波屏蔽效果可達到32.5dB。 為製備出更佳之電磁波屏蔽材料，在此導入高長徑比之奈米銀線與紫外光可硬化樹脂混合後形成紫外光可硬化奈米銀膠，並利用微影製程得到含銀之一維圖案而應用於電磁波屏蔽。奈米銀顆粒為利用多元醇法在乙二醇下將銀還原成銀種子，藉由添加更多的銀離子與高分子立體穩定劑使其長成線狀或是顆粒狀。奈米銀顆粒和紫外光可硬化樹脂混合後可得紫外光可硬化奈米銀膠，經微影製程後可得負型光阻之圖案。改變不同之奈米銀顆粒型態(球狀或是線狀與球狀混合)與微影圖案，探討對於電磁波屏蔽效果之影響，由實驗中可發現隨著銀含量的提升可使電磁波屏蔽效果隨之提升，並且隨著圖案密度的改變可影響最大屏蔽值之電磁波頻率。經過高溫燒結後，可移除有機高分子留下無機銀顆粒而使圖案線寬變窄，電磁波屏蔽效果可因此大幅的提升。本研究中，僅須添加12wt%的奈米銀線狀與球狀的混合物，就能得電磁波屏蔽效果達30dB之材料。在添加銀含量28wt%時，經過燒結後的試片在414MHz下，電磁波屏蔽效果可達到73dB。