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聚亞醯胺-奈米金複合光學薄膜之製備及其微影製程技術

本研究分為三個部份來探討：第一個部份選用4,4-亞甲基-2,6-二乙基苯胺(4,4-methylenebis-2,6-diethylaniline, TEMDA)、4,6-二胺基-2-巰基嘧啶(4,6-diam- ino-2-mercaptopyrimidine hydrate, DAMP)以及二苯酮四酸二酐(3,3’,4,4’-benzo- phenone-tetracarboxylic dianhydride, BTDA)利用縮合反應來製備感光性聚亞醯胺，將感光性聚亞醯胺經微影製程形成圖案，分別利用SEM和第二部份選用兩種不同方法來製備奈米金粒子吸附在感光性聚亞醯胺薄膜表面上：(1)感光性聚亞醯胺薄膜先進行微影製程再浸泡奈米金；(2)感光性聚亞醯胺薄膜先浸泡奈米金再進行微影製程。感光性聚亞醯胺-奈米金粒子層的圖案利用SEM、EDAX和a-step來分析。方法(1)顯示出奈米金粒子均勻分散在圖案上，而方法(2)顯示出未曝光的感光性聚亞醯胺沒有顯影完全，奈米金粒子分散在曝光與未曝光區域。 第三部份利用聚亞醯胺與奈米金經由逐層組合來製備多層複合薄膜。薄膜的每步驟的製備經由SEM可確認。並且觀察到奈米金粒子均勻分散在聚亞醯胺層的表面上。

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滲透蒸發分離程序於乙醇-水溶液純化之研究

由於近年來石油價格飆漲，產業界的經營成本相對提高，連帶影響了民眾在日常生活上的開銷，因此開發可再生的輔助性能源，以減少石化燃料的消耗，是目前科技發展的目標之一。生質酒精是目前主要替代石化汽油的燃料，且必須是重量百分率達99.5%以上的無水酒精，才可按照一定比例和汽油混合，成為替代性的生質燃料。本研究旨在使用滲透蒸發技術去除乙醇水溶液中之水分以改善傳統蒸餾法高能量的需求。本研究探討的滲透蒸發系統分為批次與連續式兩種，使用溶解-擴散模式描述薄膜緻密層的質傳行為，並使用阻力串聯模式，計算出系統總阻力，其中批次滲透蒸發系統之數學模擬部分，本研究推導出對時間及一維的濃度分佈式，而連續式滲透蒸發系統則推導出二維的濃度分佈式，並以有限差分將偏微分方程式簡化成常微分方程式，最後利用四階Runge-Kutta數值方法求解，得到通道內的濃度分佈及理論滲透通量，並與參考文獻之實驗比較。其中，飽和溶液之飽和蒸氣壓在不同溶液組成及溫度下的組成是以UNIversal Functional Activity Coefficient (UNIFAC)法估計。本研究探討在固定進料流體溫度下，不同進料溶液濃度、進料體積流率及滲透蒸發膜材下對滲透通量與濃度極化係數之影響。其結果顯示，滲透通量會隨著進料溶液之酒精濃度增加、進料體積流率上升、薄膜緻密層厚度增加而降低，但進料溶液溫度升高，可提升滲透通量；當進料酒精濃度下降，濃度極化係數會越接近1。

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胺基表面修飾中孔氧化矽在二氧化碳捕捉之應用

大氣中二氧化碳含量的 增加被認為是造成地球暖化現象的主要元兇之一。因此，高效能且符合經濟效益的二氧化碳捕捉或隔離技術的研發是一重要且刻不容緩的議題。在本研究中，吾人利用中孔洞氧化矽所具備的高比表面積、高孔體積、可調控孔徑以及豐富的表面氫氧基可供官能化修飾等特點，探討並比較以後合成法或一步合成法製備不同胺基表面修飾中孔洞氧化矽樣品，並利用各種物化光譜與分析實驗技術，如傅立葉紅外線光譜、氮氣等溫吸附/脫附、粉末x-ray繞射、元素分析及掃描式/穿透式電子顯微鏡等，對各種樣品之物化特性詳加鑑定。隨後利用熱重分析法測試並比較各種樣品之二氧化碳吸附效能，並利用固態核磁共振光譜探討可能的CO2吸附機理。 在後合成修飾法方面，吾人首先合成中孔洞二氧化矽SBA-15做為擔體，而後將各種胺官能基修飾在其孔璧上，並探討不同胺基結構、鏈長與負載量之聚乙烯聚胺類，如二乙烯三胺(DETA；含3N)、三乙烯四胺(TETA；含4N)、四乙烯五胺(TEPA；含5N)、五乙烯六胺(PEHA；含6N)等對CO2吸附效能之影響。實驗結果發現，所合成修飾之吸附劑在未去除模板劑時(樣品以PSxN命名； x = 3 ~ 6命名)，由PS3N、PS4N、PS5N、PS6N所測得之CO2吸附量分別為40、200、200和182 mg-CO2/g-adsorbent。後三者之吸附效能遠超過一般公認商業化所需的最低標準(~ 88 mg/g)。其中，PS3N之吸附效能較低，推估應是因為其鏈長較短，因而可利用來捕捉CO2的胺官能基也較少之故。吾人並探討利用微波加熱輔助以一步合成法直接製備胺基表面修飾之孔洞氧化矽吸附劑。同樣的，在未去除模板劑條件下(樣品以MWxN; x = 3 ~ 6表示)，由MW3N、MW4N、MW5N以及MW6N吸附劑所測得之CO2吸附量分別為10、149、195和110 mg/g。後三者之CO2吸附效能雖略遜於前述以後合成法所合成修飾之吸附劑，但是整體效果仍然不差，尤其是此舉有效地縮短了吸附劑樣品合成的時間。 進一步的物化鑑定分析顯示：經煅燒去除模板劑之後的樣品，一步合成法相較於後合成法所得到之SBA-15擔體本身的比表面積明顯降低，而孔體積則無明顯變化。據此，吾人推估擔體之比表面積並非影響吸附效能的主因，而其孔體積大小才是決定可負載胺官能基數量，進而影響CO2吸附量的關鍵。此外，在探討比較四種不同胺基表面修飾SBA-15吸附劑在經過多次重複吸/脫附之後，發現含較高碳數胺基吸附劑之CO2吸附效能並無明顯衰退，反之，含較低碳數者因鏈長較短，在經多次吸/脫附後，其胺官能基團容易從SBA-15擔體上脫落，因而造成CO2吸附效能的衰退。在CO2吸附機理方面，吾人由碳-13交叉極化魔角旋轉固態核磁共振光譜實驗證實擔體中P123模板劑的存在與否，並不影響二氧化碳吸附效能，此一結果顯然與現有文獻所推論之吸附機制相違背，就此而論，類此固態吸附劑系統之詳細CO2吸附機理仍有待進一步研究闡明。

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板翅式微裝置之模擬分析與最佳化設計

藉由微加工技術，近年來使用各種微裝置之微化工程序技術已獲得快速的發展。微裝置因其微小尺寸，可提供許多優異熱質傳特性，但也因為許多尺度效性與裝置配置特性，無法使用傳統尺寸裝置之理論或關聯式描述其傳輸特性。針對廣為使用之板翅式微通道裝置，本論文利用實驗設計與計算流體力學模擬，完成了傳輸係數分析，並建立了摩擦因子、熱傳係數與質傳係數關聯式，且與文獻關聯式進行比較，結果顯示有相當程度之差異。本論文並進一步利用所建立之關聯式，使用基因演算法，針對單一相態之微熱交換器及甲醇微反應器完成了多目標最佳化分析。就單一相態微熱交換器，考量摩擦因子及熱傳係數之雙目標函數，就甲醇微反應器則另考量了質傳係數。最佳化分析結果提供了裝置參數之設計方向。

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聚乳酸/氮化鋁導熱高分子複材之製備與性質研究

本篇摘要未授權

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胞外高分子物質對枯草桿菌之掃流微過濾的影響

本研究旨在探討枯草桿菌培養液中胞外高分子物質與操作條件對掃流微過濾性能之影響。實驗採用平板式掃流微過濾系統，使用平均孔徑為0.22 μm的聚二氟乙烯(PVDF)濾膜，過濾不同培養天數的枯草桿菌培養液，探討透膜壓差、掃流速度對過濾速度、過濾阻力、蛋白質和多醣體的阻擋率、濾餅性質等之影響。 研究結果發現，培養時間越久的菌體尺寸越大，從培養1天平均尺寸200 μm增加到5天的229 μm；胞外聚合物的濃度亦會隨培養時間而增加，更容易在膜面形成積垢，造成過濾阻力上升。經由過濾阻力分析，可得知濾餅阻力佔總阻力的90%以上；將離心後之上層澄清液與原菌液之過濾速度做比較，發現原菌液中的膠羽是造成過濾初期濾速急速下降的原因。膠羽粒子容易在膜表面形成積垢，而胞外聚合物則會在積垢的縫隙中進行填補，使得阻力增加、濾速降低。研究結果亦顯示，濾速會隨掃流速度與透膜壓差之增加而增加，當掃流速度由0.1增加至0.3 m/s，濾速最多增加1.7倍，而透膜壓差由20增加至120 kPa，濾速最多增加1.2倍；然而濾速卻隨培養天數之增加而減少，當掃流速度與透膜壓差固定時，培養時間由1天增加至5天，濾速皆會降低60%。此外，培養天數增加，胞外聚合物濃度的增加會導致濾餅更緻密，造成多醣體與蛋白質阻擋率的上升。多醣體與蛋白質的阻擋率皆會隨掃流速度之增加而增加，掃流速度由0.1增加至0.3 m/s，二者的阻擋率皆增加1.4倍，而蛋白質與多醣體的阻擋率受透膜壓差的影響不大。由枯草桿菌所形成的濾餅具高壓縮性，雖然壓縮係數隨掃流速度之增加並無明顯變化，然而卻隨透膜壓差之增加而增加，也隨培養天數之增加而增加，培養時間由1天增加至5天，濾餅壓縮係數會由0.60增加至0.88。

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甲醇微燃料處理系統之模擬分析

使用微裝置之液態甲醇微燃料處理系統可以臨場提供氫氣，是應用可攜式燃料電池之重要技術。本論文以模擬方式探討甲醇微燃料處理系統之性能與控制。本研究在Aspen Custom Modeler平台上，建立了蒸氣重組器、優先氧化器、燃燒器、熱交換器、蒸發氣與燃料電池模組之數學模式，並探討系統之穩態特性、控制架構與啟動操作模式。 穩態特性分析結果顯示，蒸氣重組器進口流量與燃燒器進口流量對於整體系統之產氫量與系統之各限制條件有重大顯著之影響。控制系統之研究顯示，雙前饋/單回饋加上30秒延遲之控制架構可以獲得快速、穩定且符合需求之表現，是最佳控制架構。本研究提出之使用外界輔助燃料供應以預熱系統，並結合初始燃料流量調整之啟動操作模式，可以於38秒完成啟動操作。

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渠道型式對直接接觸式薄膜蒸餾效能影響之研究

本研究為利用疏水性聚四氟乙烯薄膜(PTFE)來進行直接接觸式薄膜蒸餾，主要研究目標將改良模組進料側渠道型式對於直接接觸式薄膜蒸餾效能之影響。實驗將以兩種不同渠道型式(Concaves、Convexs)下改變進料溫度、進料流量、膜組傾斜角、曝氣來探討其對於滲透通量之提昇。並利用估算理論薄膜蒸餾海水滲透通量與實驗值作一比較，與計算流體力學(CFD)來模擬流體於進料側通道內之速度分佈與膜面上之剪應力。 實驗結果可以發現，提高進料溫度能明顯的增加滲透通量，但極化現象也最嚴重。而增加進料流量與曝氣則可以減輕極化現象，但對於滲透通量的提昇較有限。改變膜組傾斜角則是由於不穩定自然對流關係使滲透通量提昇，其中又以傾斜角45o時之滲透通量為最高。凹槽模組(Concaves)則是造成進料流體產生亂流流動，使得滲透通量大幅度的提高；而凸出模組(Convexs)增加了對膜面造成之剪應力，也就有效的減緩了膜面上之極化現象而使滲透通量提昇。 藉由Dusty-Gas model並假設海水相當為3.4%之NaCl溶液所估算出薄膜蒸餾海水之理論滲透通量，其理論計算的結果與實驗趨勢非常符合。結果顯示出溫度極化係數介於0.5~0.65之間；濃度極化係數隨著溫度差或進料流速減少而有明顯的增加，故濃度極化現象為影響滲透通量的主要影響因素。由計算流體力學(CFD)模擬出凹槽模組會使通道內之流體形成擾流進而提昇滲透通量，而凸出模組則大幅的提昇膜面之剪應力，也減緩了膜面上的極化現象。

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利用加入膠化劑製備聚乙二醇膠態電解質及應用於染料敏化電池

本研究分為二部份，首先探討二苯亞甲基山梨醇(DBS)添加在不同分子量的聚乙二醇(PEG)與不同末端基分別為聚乙二醇二甲醚(PEGdme)、聚乙二醇甲基丙烯酸酯(PEGmea)、聚乙二醇縮水甘油醚(PEGdce)形成有機膠的結構、流變性質及熱性質；接著將鋰化碘(LiI)與碘(I2)添加入高分子PEG中形成高分子電解質，探討導電性質及應用於染料敏化太陽能電池的工作效率與時間穩定性。 DBS可以在PEG中形成有機膠，利用POM可觀察到似球晶結構；實驗結果顯示，當DBS濃度上升時，似球晶結構的數目變多，當DBS濃度固定，隨著PEG分子量的增加，可觀察到似球晶結構數目的增加；在不同末端基的PEG，可觀察到取代末端OH基的PEGdme、PEGmea及PEGdce，似球晶結構的數目較多。有機膠隨著頻率掃描變化，有機膠的彈性模數G’不會改變，G’大於G”，因此可證明其為凝膠。PEG的不同也影響了DBS成膠溫度、成膠時間及凝膠熔解溫度，隨著分子量的提升，有機膠的熔化熱也隨之增加，而成膠時間縮短；不同末端基的PEG部分有機膠有最高的成膠溫度及凝膠熔解溫度由高至低依次為PEGmea、PEGdme、PEGdce、PEG400，相對的成膠時間較短，TGA分析可觀察到當DBS添加後，提升了起始熱裂解溫度，增加了有機膠的熱穩定性。從IR及UV光譜可了解DBS在自我組裝時氫鍵作用力越大，相對的pi－pi作用力也越大，以及DBS苯環堆疊的方式。 在於加入 LiI與I2的電性質，由實驗觀察發現隨著PEG分子量增加，膠態電解質的導電度逐漸降低，在PEG末端基不同部分，導電度由大到小依次為PEGdme、PEGmea、PEG400、PEGdce。利用PEG液態高分子電解質取代傳統的液態電解質，在經過一個月後，還保有80%以上的效率，在添加入DBS後成為膠態電解質，染敏太陽能電池光電轉化效率保持穩定。