• 學位論文

再生性高分子材料於有機光電元件應用

隨著環保意識逐漸抬頭，再生性材料在生醫、能源、包裝、光電等領域的應用引起許多關注。另一方面，有機電子及光電元件由於其可撓性、可調控性、輕量化及低成本等，已被用來開發未來穿戴式裝置。相較於使用一般有機材料製備電子及光電元件，生質材料的利用對於整體製程與元件回收上具備了低汙染、低危害及環境友善的優勢，在穿戴式裝置的應用上可提供更佳的生物相容性。然而目前將生質材料導入軟性元件的應用仍有許多挑戰需要被克服。在本研究中探討以生質聚酯材料－聚乙烯呋喃酸酯(PEF)為基材，取代傳統以化石燃料為基礎之塑膠基材在軟性有機場效電晶體、太陽能電池以及記憶體元件方面的應用。其研究細節分述如下： 本研究第二章，成功以聚乙烯呋喃酸酯為原料，製備可與一般聚對苯二甲酸乙二酯(PET)以及聚對萘二甲酸乙二酯(PEN)薄膜相比之高透明度之薄膜基材，並進一步藉由溶液製程技術將奈米銀線沉積於聚乙烯呋喃酸酯基材上。由於聚乙烯呋喃酸酯結構中之呋喃環所帶的孤對電子，使奈米銀線均勻的吸附並與基材產生良好的附著力。為了製備高導電性薄膜，我們利用不同銀線溶液濃度並透過旋轉塗佈的方式對銀線密度與電阻之關係加以控制。此生質複合導電膜具備高透光性、高導電度以及優異之機械性質，使其在取代常用之化石燃料為基礎之塑膠基材與傳統金屬或透明導電氧化物之電極上更具有優勢。另一方面，進一步成功以此聚乙烯呋喃酸酯/奈米銀線生質複合導電膜應用於有機場效電晶體以及有機太陽能電池，這些軟性生質元件皆具備可與使用硬板基材製備之元件相比之性質。 本研究第三章，以生質聚乙烯呋喃酸酯為基材、導電性高分子為電極並導入生物材料如去氧核糖核酸、核糖核酸以及聚左旋脯氨酸，以全溶液製程成功製備軟性全高分子之再生性電阻式記憶元件。此元件為單次寫入多次讀取(WORM)記憶體，具備低操作電壓、高電流開關比、資料儲存能力佳等特點，即使於撓曲狀態下亦可進行操作，極具應用於下一世代穿戴式元件之潛力。 以上的研究顯示使用生質材料於軟性電子及光電元件之基材，能夠取代一般塑膠基材並達到接近硬板基材元件的表現。另一方面，實驗結果亦證明了將再生性材料導入元件結構中，並透過全溶液製程製備軟性電子元件的可行性。

• 學位論文

添加劑對富勒烯衍生物結晶行為及其場效電晶體效能之影響

本研究以PC71BM ([6,6]-phenyl-C71-butyric acid methyl ester)為半導體材料製作N型有機場效電晶體，並比較摻入不同添加劑1,8-二碘辛烷(1,8-diiodooctane, DIO)、1,8-二溴辛烷(1,8-dibromooctane, DBO)、1,8-辛二硫醇(1,8-octanedithiol, ODT)，以及對照組芐醚(benzyl ether, BE)後，電晶體電子遷移率的改變。其中DIO、DBO、ODT均為含有八個碳的長烷基添加劑，摻入PC71BM會產生特殊結晶結構，BE為不會產生任何結構之對照組，我們發現此特殊結構與元件電子遷移率的增加有相當大的關係，其中摻入莫爾比1:1 mol的添加劑 DBO可使最高電子遷移率從4.01×10-2 cm2/Vs提升到7.95×10-2 cm2/Vs。同時，我們利用光學顯微鏡(OM)、原子力顯微鏡(AFM)觀察薄膜表面形貌，確認各條件表面因素無明顯差異，以穿透式X光繞射(SAXS、WAXS)並佐以示差掃描量熱儀(DSC)分析結晶結構變化，以證明影響元件表現的主導因素為特殊結晶結構。另外從變溫結晶實驗中，得知常溫下八碳長烷基添加劑產生的結晶結構與PC71BM經過熱處理後的熱結晶並不相同，亦即添加劑誘導PC71BM產生異於自身結晶的結構，而此特殊結構即為增加電子遷移率的主要原因。

• 學位論文

利用功能化的聚癸二酸多元醇高分子開發可生物降解的彈性水凝膠

聚癸二酸多元醇(PPS)是一類將多元醇單體與癸二酸進行縮合聚合反應所形成具有酯鍵的熱固性彈性體。PPS具有可生物降解、生物相容性和彈性的性質，並且由於其高分子鏈中的多元醇具有羥基，PPS可進行官能基的修飾。 在此論文中，將聚乙二醇(PEG)引入PPS結構中，形成兩親性高分子PGS-co-PEG與PXS-co-PEG。PEG的加入提高了PPS的親水性，使得PGS-co-PEG與PXS-co-PEG能夠透過官能基團的修飾進一步製備具有彈性的水凝膠。 在本論文的第一部分，將降冰片烯基團(norbornene)接枝到PGS-co-PEG高分子鏈上來合成Nor_PGS-co-PEG。在具備硫醇交聯劑及光引發劑的環境下照射紫外光，能透過硫醇-降冰片烯光交聯反應來形成彈性水凝膠。我們能夠透過添加不同量的交聯劑來改變水凝膠的性能，並且展示了將Nor_PGS-co-PEG使用靜電紡絲和3D列印技術進行處理，分別製造了電紡纖維和三維結構。體外細胞研究表明，Nor_PGS-co-PEG水凝膠具有細胞相容性並支持細胞增殖。 第二部分，PXS-co-PEG的製備可用來提供更多的羥基以便官能基團的修飾。醛基團可嫁接到PXS-co-PEG上形成Ald_PXS-co-PEG。另外，使用具有氨基且具有抗菌活性的殼聚醣(Chitosan, CS)來混摻形成水凝膠。PXS-co-PEG/CS水凝膠是通過動態共價亞胺鍵製備的，動態共價鍵賦予了水凝膠自癒能力和剪切稀化特性，使水凝膠具有可注射的性質。此外，靜電紡絲技術也用來製造抗菌的PXS-co-PEG電紡纖維。 本論文成功地合成了以PPS為基礎的親水性材料，以製備具有可調控性能以及可用於生物製造的彈性水凝膠和彈性抗菌水凝膠，為組織工程的應用提供了新的材料。

• 學位論文

利用動態鍵結開發具有剪切稀化及自癒合特性的奈米複合水凝膠

水凝膠是一種發展已久的材料，然而因為機械性能不佳，受到許多限制。有許多提升水凝膠機械性能的方法被發表，如奈米複合水凝膠(NC hydrogel)、雙網絡水凝膠(DN hydrogel)、奈米複合雙網絡水凝膠(ncDN hydrogel)。然而，開發的趨勢轉向具有壓力及破壞響應且能長時間應用的水凝膠。為了因應這個需求，動態鍵結開始被引入水凝膠的系統中。動態鍵結可分為物理性(超分子作用力)及化學性的動態鍵結，不論由何種動態鍵結建構網絡，都能賦予水凝膠自修復的能力以及剪切稀化的性質。使得水凝膠可由針筒注射成形，開闊其應用範疇。 在本研究中，我們在雙網絡水凝膠結構中引入了多種動態鍵結(如:動態共價鍵、氫鍵、靜電作用力及金屬配位鍵)，藉此賦予雙網絡水凝膠剪切稀化以及自我修復的能力。除此之外，在雙網絡水凝膠中摻入官能基團修飾的奈米材料，可透過動態鍵結進一步交聯雙網絡水凝膠中的兩種高分子鏈，以增加水凝膠結構的多樣性。最重要的是，本研究中水凝膠的性質能夠藉由摻入奈米材料的濃度、pH值或是溶液種類等外在因素來調控。 綜合以上所述，在這篇論文裡，我們提供了一種藉由奈米粒子來製備新一代水凝膠的方法，未來可配合特定的應用來調控網絡結構。

• 學位論文

共軛高分子的分子量及親水性質對光催化產氫反應之影響

於此篇論文中，我們將產氫反應後之溶液以電噴灑離子式質譜進行分析並結合密度泛函理論計算探討三乙胺做為犧牲試劑時，於整個產氫系統中所扮演的角色並同時發現其可能具有抑制雙氧水的功用，並且我們也於共軛高分子聚對亞苯 (PPP)的側鏈上引入親疏水基團分別為PHOB以及PPESO3探討親水性質對於產氫的影響，並發現引入親油基團的PHOB會失去產氫的活性，且親水性很好但主鏈上接有三鍵的PPESO3也會失去產氫活性，除了親水性質以外，我們也合成了4個不同分子量的高分子PFBT，並發現聚合度最高也就是分子量最大的PFBT同時也具有最高的產氫效率，並針對這個發現透過一系列的儀器分析來探討其原因。

• 學位論文

氟橡膠/銀銅粉/離子液體可拉伸導電彈性體的電性與機械性質分析

本研究利用氟橡膠、銀銅粉及離子液體製備拉伸導電彈性體。透過分析三者間的交互作用，了解不同條件對導電彈性體的影響，並利用交聯氟橡膠的方式，提升導電彈性體的回復性。我們分別探討銀銅粉的尺寸和形狀、導電膠溶液的黏度、交聯方式和添加與氟橡膠相容及部分相容的離子液體對拉伸及導電的影響。從實驗結果發現，拉伸性隨著尺寸提升而急遽下降；而為了增加彈性體的拉伸性及導電性，需要調配適當黏度的導電膠，以利成膜後金屬達到較好的分散於彈性體中；透過將氟橡膠在溶液中先進行交聯反應，再進行熱交聯，可進一步提高彈性體的拉伸性和回復性；將離子液體加入交聯導電彈性體中，可有效塑化交聯氟橡膠，改善隨拉伸變化的導電度，尤其是添加和氟橡膠相容的離子液體，拉伸性及導電性效果最佳。透過應力鬆弛(stress relaxation)實驗發現導電彈性體模數隨時間的變化是影響導電度變化的關鍵。在導電彈性體中添加和氟橡膠相容的離子液體，斷裂伸長率可提升到340%的應變，而且在50%固定應變下的回復性測試中，可以維持在1000Ω以下的電阻值，並在彎曲及摺疊測試中也都能保持良好的導電性。本研究開發的導電彈性體對於應用在穿戴式裝置上具有很大的潛力。

• 學位論文

藉孔洞結構聚醯胺混成膜及固有孔洞聚醯胺膜提升電致變色應答表現之研究

本論文分成四個章節：第一章為緒論，講述功能性高分子、電致變色的歷史與發展、電致變色材料中的奈米結構以及有機−無機複合材料的介紹；第二章探討同時加入由電解質所形成的孔洞結構及用二氧化鋯形成的混成材料是否對於聚醯胺膜的電致變色行為有加成的效果；第三章則是討論將產生分子內自由體積的五苯荑結構導入電致變色聚醯胺所形成的共聚物相對於對應的均聚物是否在電致變色行為上有增進的結果；而所有結果總結於第四章。