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被動元件之厚膜電阻膠技術探討

電阻元件在消費性電子產品中以被大量使用，其功能為控制或限制線路中電流的流通量。在印刷電路板上要安裝為數眾多被動元件，已經成為非常困難之技術。 整合被動元件，空出更多表面積與空間以安裝更多之元件，已成為印刷電路板被動元件構裝之發展方向。其中厚膜電阻藉著其穩定性高且易加工優勢，已成為優先發展之重點。 本研究中先探討導電粒子碳黑與銀粉粒子添加量對厚膜電阻膠的導電度影響。並以田口穩健設計法得印刷條件對電阻值影響程度並求得最適化印刷條件。最終以雷射修阻之方法將電阻值精確控制在+/-1%內。 茲將本實驗研究結果摘要如下： 1. 180℃、30min 為碳黑(XE2B)厚膜電阻膠之最適化硬化條件。其臨界體積分率為25%。 2. 實驗求得碳黑(XE2B)之臨界體積分率為25%，也就是碳黑(XE2B) pelocation threshould value，此與Janzen 方程式得之理論值22%相呼應，本研究結果與理論值得到相同的印證。 3. 室溫下電阻膠之導電率隨導電粒子之平均粒徑而成反比，此為較小之導電粒徑有較大之接觸表面積所致。 4. 奈米級碳黑(XE2B)或碳黑(XC72)混摻之電阻膠無法達到歐姆級電阻值(<10Ω)的需求，固須搭配銀粉方可達成。但添加過量碳黑會因高分子無法完整包覆而導致龜裂，須控制其添加量。 5.印刷因子對電阻值影響程度由大至小依序排列為: 刮刀速度>脫膜速度>刮刀壓力>擦拭頻率。 6.最佳的電阻膠印刷製程參數為: (1)刮刀速度=30 mm/sec. (2)脫膜速度=0.5 mm/sec. (3)刮刀壓力=50 N. (4)擦拭頻率=5PCB/次. 7.以雷射修阻方式可將厚膜電阻值控制在目標電阻+/-1％內。

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以八氟環丁烷大氣電漿束對單晶矽蝕刻之研究

本研究主要使用噴射式大氣電漿束，進行矽晶片之電漿蝕刻。於使用不同之氟碳單體於改變功率、氣體流率、工作距離及混合氣體比例下，於外管通入四氟甲烷與八氟環丁烷與氬氣電漿進行混合，並進行電漿蝕刻。此外，搭配高解析度紅外線熱感應器可印證本研究為低溫電漿製程。藉由表面輪廓儀（Surface Profilometer, α-step）探測蝕刻之深度與二維、三維表面形態，並搭配掃描式電子顯微鏡（Scanning Electron Microscopy, SEM）印證其電漿蝕刻後，矽晶圓表面之形態。於通入八氟環丁烷流率為250 sccm且工作距離於6 mm時，蝕刻速率可達7.2 μm/min。利用噴射式大氣電漿束接觸與不銹鋼遮罩搭配之矽晶圓，可於矽晶圓之表面蝕刻微米級之蝕刻圖案，其蝕刻之圖形直徑小於50 μm。

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含銅蝕刻廢液回收奈米氧化銅之最佳化技術研究

印刷電路板廠每年排放約6,000萬公升的含10-15%銅蝕刻廢液，目前於業界中大都使用分流或儲存委外處理方式；因此本研究主要目的為使用在印刷電路板業中含銅量較高之酸性含氯化銅蝕刻液，硫酸雙氧水蝕刻液及鹼性蝕刻液；在藉由酸鹼中和法將酸性蝕刻液及鹼性蝕刻液製備成為奈米氧化銅粉末並追求其純度最佳化之條件，以達廢棄物資源再利用之永續經營。 本實驗使用氫氧化鈉中和法可分為水浴法與超音波震盪法兩種，其中中和法又分為正滴定及逆滴定方式進行，並控制不同pH值、水洗次數、反應溫度及煅燒溫度，以找出最佳化回收奈米氧化銅粉末的方法，在中和反應蝕刻液添加氫氧化鈉溶液時，當溫度低於40℃且pH = 5-8時形成氧氯化銅CuCl2．3Cu(OH)2，而pH = 9則形成Cu(OH)2；不過在高於50℃且pH＞10時，則轉變成為CuO。液體殘留物及CuO沉澱物的性質將會藉由數種儀器分析。藉由場發掃描式電子顯微鏡(FE-SEM)觀察不同反應溫度之產物，溫度低於40℃以下按照滴定方式的不同形成不同的結構，正滴定形成片狀團聚而逆滴定則是顆粒團聚狀結構其大小約40 nm 至60 nm，若溫度高於40℃不論正逆滴定都形成片狀與顆粒共存結構，而在50℃時其顆粒大小約80 nm 至 100 nm，使用超音波震盪法可以得到片狀與長條狀共存的結構，比較此三種合成奈米氧化銅方法，在酸鹼中和反應時因反應溫度的不同由顆粒狀形成膠狀，而導致在較低溫時不易攪拌；而當反應溫度高於50℃時即形成氧化銅粉末且易於攪拌；使用超音波震盪法，可增快合成反應速率，所生成之氧化銅粉末具反應時間短的優點。 使用熱重法(TGA)分析以不同滴定方式、反應溫度及煅燒溫度下所合成之奈米氧化銅粉末，其中逆滴定、反應溫度60℃、煅燒溫度600℃條件下之奈米氧化銅粉末雜質含量最少純度最高。另外，利用X-ray粉末繞射儀(XRD)比較不同反應溫度及煅燒溫度之晶形結構，由圖譜得知經過450℃以上溫度煅燒過後，原本含部分CuCl2也已經因加熱還原部分Cl2並氧化形成氧化銅粉末。為了深入瞭解奈米氧化銅產物之表面精細結構，進一步使用光電子能譜儀(XPS)對奈米氧化銅粉末進行分析，在Cu 2p3能階顯示為Cu(II)及平面四方型結構，由此推斷本實驗所製備出之奈米氧化銅粉末主要為CuO而非Cu2O的結構。由ICP/AES分析奈米氧化銅粉末之銅離子濃度，金屬銅含量達99%以上，且生成之副產物主要有水、氯化鈉及微量Zn等重金屬，符合PCB廠氧化銅回收再利用為原料之基本品質規範。

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交織網狀金屬有機架構物之合成、特性鑑定及其儲氫能力之研究

因氫氣已被證實為理想的攜能元素，應用在燃料電池深具潛力，但關鍵技術在儲氫的密度。優良儲氫材料應具備儲氫量大、重量輕、容易活化、吸放氫之溫度與壓力適當、吸放氫反應速率快、使用壽命長及成本低廉等優點。為達成此目標，安全的儲放氫氣變成為一個必要的標準。因此本論文的研究課題即是以微孔的金屬-有機架構物，又稱為無機-有機共價化合物(MOFs)當作吸附材，藉由鍵結力強的金屬-氧-碳原子形成之化合物具有高孔洞性、高比表面積、熱穩定性佳及氣體儲存的能力等特性之高性能特殊材料，提供更加適合的氫氣存放點，並開發新穎的IRMOFs儲氫材料，IRMOFs之合成方法、精細結構或特性及其儲氫能力，更進一步以XRD、FE-SEM、FTIR、TGA技術來分析鑑定。 實驗部份主要包括利用金屬(Zn)硝酸鹽類作為合成原料，提供之金屬配位，並可以連接相同或不同之有機配基；合成反應溫度範圍在100~120oC之間，並於溶劑狀態下反應。所合成之IRMOFs稱為IRMOF-1及IRMOF-8。FE-SEM分析結果顯示，顆粒大小分別為20~50 μm及5~8 μm；最初合成之產物會具有許多不純物質而不具孔洞性，為使其產生孔洞性及高比表面積，必須經過高溫煆燒或溶劑清洗之處理程式，可以清除孔洞中之有機物雜質而使孔洞顯現出來，IRMOF系列必須利用丙酮或其他有機溶劑將孔洞內之難揮發有機溶劑進行交換，再經由Ar帶走及在真空烘乾下去除後生成，才具有孔洞性。經過適當處理之IRMOF-1及IRMOF-8，比表面積分別為2,273及920 m2/g，從吸/脫附曲線判斷為Type I和Type Ⅳ，孔徑分佈圖顯示IRMOFs具有微孔材料之特性。當其如果再空氣中暴露過久會與空氣中的水氣吸收而造成孔洞容易被阻塞而造成比表面積下降。EDS分析指出，IRMOFs成分中含有C、O以及不同金屬的成份；XRD圖譜亦表示IRMOFs具有良好之結晶性；FTIR光譜得知MOFs於波長1,400~1,700 cm-1之C-O官能基及因為水氣造成3,000~3,500 cm-1處，而有譜線加寬之現象；TGA分析結果顯示IRMOFs具有較一般之有機化合物優異之熱穩定性，並可達到300~400oC。此外，亦利用X光吸收邊緣結構光譜(XANES)及延伸X光吸收細微結構光譜(EXAFS)，來進一步分析IRMOF-1和IRMOF-8的精細結構，由XANES分析指出IRMOF-1與IRMOF-8主要為Zn(II)的成份；EXAFS數據結果顯示IRMOF-1第一層之Zn-O鍵結之鍵長為1.94 Å，配位數為3.5。另以高壓熱重分析儀測量IRMOF-1和IRMOF-8在室溫及450 psig (30 atm)下儲氫量分別為0.09和0.145wt%。 為了研究及改進IRMOFs之儲氫能力，進一步合成金屬/活性碳(metal/AC)混合之IRMOFs。BET表面積分析結果得知，AC、acid-treatment AC、Pt/AC及Pd/AC表面積分別為1,039、1,108、739及882 m2/g，其中acid-treatment AC表面積最高。FE-SEM結果可知，Pt/AC及Pd/AC之顆粒大小分佈分別為2~3及5~10 nm；EDS亦顯示材料中具有Pt及Pd之成份。此外，亦利用XPS及XANES分析，價數近似零價元素Pt及Pd；EXAFS分析證實出Pt/AC及Pd/AC之第一層鍵結Pt-Pt及Pd-Pd鍵長分別為2.78及2.75 Å，因與周圍8個原子鍵結成面心立方結構，故其配位數為8。氫氣溢流法探討IRMOF-1和IRMOF-8與5%之Pt/AC、Pd/AC混合，IRMOF-1和IRMOF-8表面經由碳鍵結形成的碳橋在室溫及450 psig (30 atm)下的儲氫量可提升至0.23 wt%與0.36 wt%。此外，本研究亦以熱力學推導印證熱力學一致性，吸附熱其主要會影響低壓時的吸附行為，吸附熱的大小會從低吸附量慢慢往高吸附量遞減，可以發現IRMOF-1和IRMOF-8表面經由碳鍵結形成碳橋之吸附熱在低壓時吸附量可達到6.29 kJ/mol與8.4 kJ/mol。

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(向列型/香蕉型)複合系液晶於高分子網狀結構下誘導藍相溫度提升及擴展之研究

Blue Phase存在於Isotropic相與膽石醇相(N*)之間，本身具有3-dimensional結構以及光學均向性的特性，但是由於Blue Phase存在的溫度範圍很窄(1k)，導致應用上受到限制。本篇論文是利用一種新穎的方式有效提升藍相的存在溫度與範圍，在實驗中，我們在旋光向列型液晶中摻混非旋光性的香蕉形分子，觀察到溫度範圍寬廣的藍相且藍相溫度提升至69.4℃；將此複合系液晶添加三官能基單體(TMPTA)並照光聚合作用形成高分子穩定藍相液晶，並藉由SEM影像探討不同曝光溫度下高分子網狀結構對穩定藍相立方體晶格排列的影響。此外再利用改變電場的方式觀察液晶相變化。

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脈衝電沉積參數對質子交換膜燃料電池陰極觸媒製備的影響

本研究是由改變脈衝電沉積之參數，如脈衝電流密度之大小、負載循環(duty cycle)、總庫倫電量、脈衝波形、電鍍液的濃度等，觀察對觸媒層及單電池性能之影響。可由CV、TGA、XRD、850e燃料電池測試平台等儀器來做實驗分析。本實驗利用三種電沉積法來比較：(1) 直流電 (2) 脈衝 (3) 脈衝與反脈衝。第一部份為研究在碳粉層添加各種比例親水性材料Nafion後對沉積鉑觸媒之影響；第二部份為利用直流電沉積法製備鉑觸媒，並與脈衝電沉積法做比較；第三部份為比較不同脈衝電流密度對鉑觸媒沉積之影響；第四部份為利用脈衝與反脈衝電沉積法製備鉑觸媒，並與脈衝電沉積法做比較。 從實驗結果得知，碳粉層添加親水性材料Nafion時，雖會提高鉑觸媒負積量，但造成團聚，使觸媒之電催化活性變差。使用直流電沉積法製備之鉑觸媒，易而讓鉑觸媒易團聚且分散性不佳，使之電池效能不及脈衝法。固定電量為4C / cm2，duty cycle=80%，電沉積的鉑觸媒電化學活性面積(Electrochemical Surface Area, ESA)隨電流密度增加而遞增，鉑觸媒負載量則隨電流密度的增加而遞減。當總電量為4C / cm2時， duty cycle=80%，脈衝電流密度50 mA / cm2下有最佳的電池性能。使用脈衝與反脈衝法製備之鉑觸媒在不同電流密度下，因溶解析出之過程，使其電化學活性面積(ESA)隨電流的增加而減少，電池性能也較脈衝電沉積法好。

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利用溶膠凝膠法製備抗腐蝕光學膜材之研究

本研究利用溶膠凝膠法(sol-gel method)製備無機/有機複合材料，利用乙基三乙基矽氧烷 (VTES)當作前驅物，依照實驗條件加入有機單體(2-hydroxythyl methacrylate ,HEMA)與高分子聚合單體(triproplyene glycol diacrylate, TPGDA)進行反應。無機/有機複合材料藉由傅立葉轉換紅外線光譜儀(FTIR)分析結構、熱重分析儀測定其性質和最大裂解溫度、電阻抗測量其大小以及鉛筆硬度測其硬度。實驗結果發現無機/有機複合材料因共價鍵的產生使整體成為共聚合物，大幅提升成膜的穩定性、熱性質以及表面硬度，並隨著無機/有機比例的增加而直接有所提升，更重要因VTES特有的官能基CH2=CH2大幅提升膜材的抗腐蝕效果，此類型的sol-gel method材料開發，利用UV曝光硬化，脫膜後保持微結構完整性，可大幅改良傳統奈米結構製程所產生的缺點。 添加多立面體無機矽氧烷寡具體複合系材料(POSS)，因POSS特殊立體網狀結構可以有效提高硬度，並利用Methacryl POSS側鏈官能基和複合材料形成共價鍵提高電阻抗以及抗腐蝕效果，大幅提升其應用性。

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二氟乙烯-六氟丙烯共聚高分子纖維-全氟磺酸複合質子交換膜

利用電紡技術製備聚二氟乙烯-六氟丙烯共高分子纖維 (PVdF-co-HFP) 奈米纖維，以此奈米纖維膜為支撐物浸漬Nafion溶液製作Nafion/PVdF-co-HFP 纖維質子交換複合膜。將此複合膜製作膜電極組(MEA)進行H2/O2 燃料電池測試。實驗數據顯示在80。C無背壓，陽極與陰極觸媒Pt塗佈量分別為 0.2 mg/cm2及 0.4 mg/cm2 條件下，最高功率密度可達約 992 mW/cm2。數據顯示複合膜應用於 PEMFC 具有極大發展潛力。

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以原子層沉積法合成奈米鉑觸媒於奈米碳管及石墨烯複合材以應用於質子交換膜燃料電池

本研究提供一種以原子層沉積法沉積低覆載量白金觸媒製備高性能氣體擴散電極，以應用於高效能質子交換膜燃料電池。由奈米碳管及氧化石墨烯複合材料作為之氣體擴散電極基材，具有高表面積、高導電性以及優異的氣體穿透特性。本實驗使用原子層沉積技術合成奈米白金觸媒於奈米碳管及氧化石墨烯複合基材之上，藉由調控原子層沉積循環次數控制白金觸媒之披覆量及粒徑於不同幾何結構之碳材表面。 實驗結果顯示，隨著原子層沉積循環次數增加，白金觸媒之沉積量及粒徑大小呈線性成長，證實了原子層沉積之自我限制機制特性。原子層沉積50-400圈時，觸媒粒徑大小之分佈為2-15 nm，且展現均勻且良好的分散性及披覆量。膜電極組測試結果顯示，本研究所製備的電極比起商購電極展現較高發電功率，於奈米碳管及氧化石墨烯系統分別於50圈及100圈時最高可達到7.7 kW g-1及2.4 kW g-1，證實以原子層沉積技術可製備低觸媒附載量及高能量密度之低溫質子交換膜燃料電池之觸媒電極，並提高其商業化之可行性。

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吡啶-聚苯並咪唑合成及高溫質子交換膜燃料電池

本研究利用3,3-二胺基聯苯胺(DAB)，間苯二甲酸(IPA)及2,6-吡啶二甲酸(PyA)單體合成四批吡啶-聚苯並咪唑(Pyr-PBI)及一批聚苯並咪唑(PBI)。其中DAB/PyA/IPA之摩爾比分別為：DAB/PyA/IPA =1/0.6/0.4 (Pyr-PBI-64)；DAB/PyA/IPA=1/0.5/0.5 (Pyr-PBI-55)；DAB/ PyA/IPA=1/0.4/0.6 (Pyr-PBI-46)；DAB/PyA/IPA=1/0.3/0.7 (Pyr-PBI-37)及 DAB/PyA/IPA=1/0/1 (PBI)。利用此五批高分子材料製作薄膜(厚度約50μm)浸漬磷酸製作膜電極組，並在160 ℃之溫度測試燃料電池性能。由於Pyr-PBI於重複單元中較PBI膜材多了氮元素，使其與磷酸分子間的作用力增強。薄膜浸漬後之磷酸含酸率測定顯示，Pyr-PBI膜之PyA/IPA單體莫爾比增加，磷酸含量增加。燃料電池單電池(陽極及陰極之Pt塗佈量均0.5 mg /cm2)測試顯示，Pyr-PBI-55、Pyr-PBI -46、於0.6V電位的電流密度可分別達到379 mA /cm2及348 mA /cm2優於純PBI的272 mA / cm2