臺北科技大學化學工程研究所學位論文
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第一部分： 我們成功使用聚中性紅（PNR）、黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）與多層奈米碳管（MWCNT）製備PNR-FAD/MWCNT修飾薄膜成功偵測菸醯胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）和過氧化氫（H2O2）。PNR聚合後帶有正電性因此容易誘導帶負電之FAD共沉積，且MWCNT提供了更多的比表面積讓更多的PNR與FAD共沉積於電極表面，PNR-FAD/MWCNT修飾薄膜能有效降低催化NADH與H2O2的過電位至0.05 V和 -0.1 V（於Ag/AgCl參考電極下），使用旋轉圓盤電極（rotating disk electrode, RDE）探討PNR-FAD/MWCNT修飾薄膜動力學常數（kkin），NADH和H2O2分別為1.6×104 M-1 s-1和2×105 M-1 s-1，接著使用安培法（amperometric）即時偵測NADH與H2O2濃度變化，濃度線性區間為1.3 – 933.3 μM和1 – 2555 μM、靈敏度分別為457.2 μA mM-1 cm-2與10.1 μA mM-1 cm-2與最低濃度偵測極限1.3 μM和0.1 μM (S/N = 3)，經實驗結果證實PNR-FAD/MWCNT修飾薄膜成功製備雙測定型生物感測器可測定NADH與H2O2。 第二部分： 我們使用聚亮甲酚藍（PBCB）與多層奈米碳管（MWCNT）製備複合薄膜電極，首先我們比較有無添加MWCNT對修飾薄膜有和差異，經由添加前後的表面覆蓋率來表明差異性，證實添加MWCNT後可使PBCB與BCB沉積量上升並降低聚合物鏈的糾纏情況，PBCB/MWCNT修飾薄膜降低了催化物過硫酸鹽的過電位和更大的訊號電流，PBCB/MWCNT修飾薄膜於不同pH值與掃描速率下表現出優異的穩定性，定電位於-0.03 V使用安培法測得的濃度線性區間為10-5 – 10-4 和3.1×10-3 – 1.01×10-1 M、靈敏度為124.5與21.2 μA mM-1 cm-2，最低濃度偵測極限為1 μM (S/N = 3)，由於PBCB/MWCNT/GCE具有偵測方式操作簡單、低的偵測極限、低成本等特點，所以用於偵測過硫酸鹽上具有良好的應用性質。 第三部分： 我們使用金屬銅（Cu）、金屬鎳（Ni）與多層奈米碳管（MWCNT）使用電化學技術製備一奈米複合材料修飾電極（Ni/Cu/MWCNT/GCE），這種奈米複合材料只需簡單幾道簡單的電化學步驟即可製備，Ni/Cu/MWCNT奈米修飾薄膜在鹼性溶液（pH = 13）中能於低電位中（0.6 V）有效的催化甲醇，Ni/Cu/MWCNT奈米修飾薄膜偵測甲醇的濃度線性區間為1 – 10 μM和24.7 – 74.1 mM、靈敏度為5×104 μA mM-1 cm-2與115 μA mM-1 cm-2，甲醇的最低濃度偵測極限為1 μM (S/N = 3)，由於Ni/Cu/MWCNT/GCE具有高選擇性、高靈敏度、低的偵測極限、製備方式簡單、低成本和偵測方式操作簡單，所以Ni/Cu/MWCNT/GCE可以被用來當作甲醇感測器應用於食品工業中。
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本研究針對雙效平行型與串聯型溴化鋰吸收式冰水機進行熱力學分析與熱力經濟學最適化設計。首先根據系統中各個熱交換器單元質量守恆、能量守恆與狀態方程式建立雙效溴化鋰吸收式冰水機的數學模式，然後以此模式對雙效吸收式冰水機做熱力學分析，計算每個單元中的不可逆性和能量損失情況，並探討整個雙效吸收式冰水系統性能係數(COP)及可用能效率的影響。 最後以熱力經濟學的概念對雙效吸收式冰水機進行最適化設計，此方法即為結構法。結構法結合了熱力學上的考量以及經濟學上的最適化，其優點為個別單元能夠獨立進行最適化，不必同時考慮整體系統的最適化，同時藉由結構係數的導入，可導出計算冰水機系統中各個單元最適化熱交換器面積方程式。最後以此最適化面積討論系統重要設計參數(循環比、溴化鋰濃溶液濃度及分配比)對性能係數、可用能效率、不可逆性及成本上的影響。模擬結果顯示，經過最適化設計後，雙效溴化鋰吸收式冰水機的年總成本和性能係數都會獲得改善，而能量損失的變化情形則與系統年總操作時間有關，可用能效率會隨年總操作時間之增加而提升。
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本實驗研究內容為開發多孔性聚乳酸作為真皮刺激物，主要機制是藉由注入的生醫材料觸發發炎反應，使纖維母細胞靠近，進而分泌膠原蛋白，達到真皮增生之目的。除了可以達到填補效果，並可以延長填補時效。 因為其生物可分解性、生物可吸收性及生物相容性的性質，已經被廣泛的運用在生物醫學上。利用聚乳酸，開發具有多孔性微粒之生醫材料，同時建立多孔性聚乳酸微粒製程，完成性質測定及找出最佳條件、材料對細胞毒性檢測等。聚乳酸搭配凝膠形成注射型軟組織填補劑注入所需人體填補部位，如凹陷部位。 目前市面上之真皮刺激分子，常見的有氫氧基磷灰石及聚乳酸等，現行缺點問題在於材料製程方面，則是顆粒大小不一致，表面形貌不規則且材料於填補劑內分散性不佳，因而導致真皮刺激反應不均勻，局部有過量反應，臨床現象 像是丘疹及肉芽組織腫大。為提升應用性，透過本製程所得到多孔性聚乳酸微粒開發作成填補劑與已上市的品牌-Sculptra做比較，例如：外觀、黏彈性、分散性等。最後，將脂肪幹細胞和所選定多孔性聚乳酸填補劑相混，檢測生物相容性。 因此本實驗目的是，開發大小形貌均勻之多孔性聚乳酸微粒改善現行真皮刺激不均填補效果，並且優化填補劑配方，達自然柔軟效果。
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本研究以乙烯－醋酸乙烯酯(Ethylene Vinyl Acetate)為基材，將脫層奈米石墨(Exfoliated Graphite nano-platelets)分別與氫氧化鋁(Aluminum Hydroxide)及氫氧化鎂(Magnesium Hydroxide)藉由雙輥混煉機以高分子熔融法混合製備無鹵阻燃劑，分別製備EVA/MH/xGnP之高分子複合材料、EVA/ATH/xGnP之高分子複合材料進行高分子複合材料改質。 此高分子複合材料使用少量的脫層奈米石墨，部分取代金屬氫氧化物，觀察熱安定性與燃燒後的行為反應。以熱重分析儀(TGA)、限氧指數儀(LOI)、垂直燃燒測試(UL-94)在空氣下評估熱安定性，再以圓錐量熱儀(Cone Calorimeter)進行燃燒測試探討其燃燒後的型態與釋放濃煙狀況。 結果顯示，添加適量的脫層奈米石墨片可以有效地增進阻燃效果，提高LOI數值與UL-94阻燃等級，且TGA熱安定性有明顯的提升，Cone測試燃燒時間延長與熱釋放速率降低；其中熱安定性質以EVA(50wt%)/ATH(46wt%)/xGnP(4wt%)為最佳比例，當xGnP添加比例為4wt%時其測試結果LOI值為31.5、UL-94為V-0等級、TGA熱安定性值最佳、Cone燃燒測試peak HRR為271.02。
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在硝酸系統下模擬砷化鎵溶液，嘗試以萃取劑D2EHPA和陰離子交換樹脂分離鎵和砷二種物質，並探討其萃取方程式和吸附模式。然後將實驗數據，應用於實際分離純化廠商所提供的砷化鎵下腳料。 研究結果表明，鎵在硝酸系統、pH 0 ~ 1的情況下，是以三價陽離子的形式存於水溶液當中，其萃取方程式如下所示： 〖"Ga" 〗^"3+" " + 2 " ("H" _"2" "R" _"2" ) ‾" ⇋ " (〖"GaR" 〗_"3" "(HR)" ) ‾" + " 〖"3H" 〗^"+" 〖"Ga" 〗^"3+" " + " "5" /"2" ("H" _"2" "R" _"2" ) ‾" ⇋ " (〖"GaR" 〗_"3" 〖"(HR)" 〗_"2" ) ‾" + " 〖"3H" 〗^"+" 以陰離子交換樹脂做為吸附劑，去除水溶液所含的砷，探討樹脂克數及初始砷濃度對於吸附行為的影響，結果顯示該吸附行為符合Langmuir等溫吸附模式。 最後對砷化鎵下腳料進行回收，廢料經硝酸溶解後，以D2EHPA萃取鎵，再經反萃、中和沉澱和鍛燒等程序，可得回收產物β-Ga_2 O_3。再以陰離子交換樹脂進行砷的吸附，經脫附和硫化沉澱等程序，可得回收產物As_2 S_3。
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關於LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2此材料，雖然含有Co這種元素，但是因為含量極少，再加上具有成本低、高電量及結構較穩固的優點，使其得以具有優勢能取代LiCoO2正極材料。本實驗是採用溶膠凝膠法，利用其製備過程上能使材料均勻混和、能在較低的溫度下進行和得到較高的產物純度，以取代常見的高溫固相法及共沉澱法製備LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2。 利用不同酸根所製成的原料，依照固定的比例使用溶膠凝膠法反應，製備LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2的前驅物，再進行高溫煅燒，得其成品。本實驗探討了原料的使用量、鋰源的比例、煅燒溫度、一次煅燒、二次煅燒、煅燒時間、檸檬酸的添加量及pH值得改變對LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2的影響。並利用X光繞射分析、SEM/EDX、TGA、DLS和恆電位電流儀，觀察合成物的結晶、表面形態、熱穩定性、粒徑大小及電化學性能的測試。 經由實驗結果可以得知，利用氫氧化鋰、醋酸鎳、醋酸錳、醋酸鈷和檸檬酸為原料進行合成，並使用高溫煅燒爐、pH6、Li：Co：Ni：Mn =3：1：1：1、檸檬酸100%、二段煅燒(第一段溫度450℃、時間5小時，第二段溫度900℃、時間15小時)合成出LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2正極材料。
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對於鋰離子電池中正極材料研究，探討具橄欖石結構的Li2FeSiO4正極材料之製備，Li2FeSiO4具有高安全性、價格低、無環境汙染、可耐大電流放電、材料本身具有兩個活性鋰等優點，然而由於晶體結構的固有限制，造成Li2FeSiO4有著材料具有極低的電子導電度及鋰離子擴散速率，這為限制材料應用性最大的障礙。 本研究係以溶膠凝膠法合成材料Li2FeSiO4/C，首先以不同碳源添加劑(果糖、檸檬酸、抗壞血酸及葡萄糖)進行合成；第二步則選取果糖為添加劑，改變煅燒溫度、煅燒升溫速率、煅燒維持時間、碳源濃度及pH值，尋求製備出材料結晶性最佳之條件；第三步將所得材料進行電化學性能分析。 實驗結果顯示：製備Li2FeSiO4/C複合正極材料，以果糖作為碳源，可得較佳之結晶性，而材料粒徑分布約為450nm。使用較高的果糖濃度，防止粒子間團聚效果較佳；較高的煅燒溫度與4℃/min的升溫速率可使材料結晶性較為明顯，合成溫度太低則易有雜相產生；改變酸鹼值，隨氨水加入量的增加，降低了溶膠裡晶核的形成速度，而且也降低團聚的情形。 以拉曼光譜分析判定材料中碳之石墨化程度，以果糖作為碳源添加劑而其ID/IG值為0.887；由電化學性能測試可知，材料於第一次充電電量為147mAh/g於0.05C條件下操作。
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本論文是在探討利用酸性萃取劑二(2-乙基己基)磷酸(D2EHPA)，在25 ℃定溫下以煤油(Kerosene)為稀釋劑，分別探討萃取氯化銪、氯化鏑個別水溶液以及氯化銪、氯化鏑混合水溶液中銪(III)和鏑(III)之萃取平衡實驗，藉此所得的萃取平衡數據，探討反萃所需pH值、萃取劑濃度、陰離子濃度等因素對萃取反應的影響。 由實驗數據得知，以酸性萃取劑D2EHPA萃取氯化銪和氯化鏑個別溶液以及氯化銪氯化鏑混和溶液平衡實驗中，銪和鏑在有機相和水溶液相間萃取分配比會隨酸性萃取劑濃度和pH值的增加而增大，且經圖解分析法得知萃合物組成。
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本研究使用溶膠凝膠法結合旋轉塗佈的方式製備透明導電薄膜，利用XRD分析薄膜的結晶特性，使用SEM與AFM觀察薄膜的表面型態及粗糙度，藉由四點探針測量薄膜之片電阻，並以UV/Vis分析材料的透光率；實驗主要分為三大部分來探討，皆以製備出高透光率、低電阻係數的薄膜為目標。 第一部分為氧化鋅薄膜的製備，探討熱處理溫度、環境以及時間對其結晶特性與光電性質之影響。結果顯示當熱前處理溫度在400℃的情況下，薄膜於c軸有優良的成長取向，依序經過400℃熱前處理、500℃熱後處理、500℃燒結處理以及450℃退火處理之ZnO薄膜具有最低之片電阻值，約為0.382kΩ/□，在可見光波長範圍(400~700nm)下平均透光率可達90%，光學能隙為3.27eV。 第二部分為氧化鋅鋁薄膜的製備，探討鋁所添加之比例(Al/Zn=0.25~2.0at%)對其光電特性的影響。結果顯示平均透光率在可見光波長範圍下均可達92%，鋁的添加使光學能隙由3.27eV提升至3.32eV；在鋁與鋅之原子比為0.5%時，可以得到最佳的電性，其電阻係數約為2.24 × 10-3Ω•cm，透過Scherrer方程式計算出晶粒大小約為19.3nm。 最後一部分則為探討薄膜厚度及溶液之酸鹼性對摻雜0.5at%鋁之氧化鋅薄膜光電特性的影響。利用橢圓偏光儀測量薄膜的厚度，平均一層之厚度約為25nm左右，當厚度達到250nm時具有穩定之電性，其電阻係數約為3.57×10-3 Ω•cm；透過添加鹽酸將溶液調整至pH6.63具有較佳之光電特性，其電阻係數約為2.94×10-3Ω•cm，平均光穿透率在可見光波長範圍下可達95%。
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本論文研究主要為利用室溫自組裝反應，設計出過渡金屬與具有生物鹼基性質的有機配子反應形成之金屬－有機配位化合物。使用的有機配子：4,6-dihydroxypyrimidine (H2dhp)與2,4-dihydroxypyrimidine-5-carboxylic acid (H3dhpca)。將上述有機配子與鎳、鈣、錳、鎂與鋅等金屬離子以室溫自組裝方式，共合成得到五個金屬－有機配位化合物，有單體結構物 1, 3, 4, 5、二維結構物2等結構之產物。 依據有機配子的不同，區分為兩個部份加以說明: 第一部份：4,6-dihydroxypyrimidine (H2dhp)分別與鎳、鈣金屬鹽類反應，得到單核化合物[Ni(Hdhp)2(H2O)4] (1)與二維結構{[Ca(Hdhp)2(H2O)2]•THF}n (2)。 第二部份：2,4-dihydroxypyrimidine-5-carboxylic acid (H3dhpca)分別與錳、鎂和鋅金屬鹽類反應，合成出單核化合物[Mn(H2dhpca)2(H2O)2] (3)、單核化合物 {[Mg(H2dhpca)2(H2O)2]•2H2O} (4)與單核化合物{[K2(H2O)6][Zn(H2dhpca)2(H2O)2]} (5)。 產物經由單晶X射線繞射解析得到晶體結構，並利用IR，以及TGA、粉末 X射線繞射解析鑑定，測定其性質。