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碳奈米管/奈米石墨烯片/環氧樹脂複合材料之製備及其性質之研究

本研究旨在利用奈米石墨烯片添加至環氧樹脂基材中作為補強材料，由於奈米石墨烯片在基材中容易有聚集問題，故本研究利用碳奈米管的添加，改善奈米石墨烯片之分散性，並利用一維碳奈米管及二維奈米石墨烯片之協成效果達到最佳的補強結構，大幅提高環氧樹脂複材之機械性質。 本研究主要分成三部分： 第一部份主要研究碳奈米管的表面處理，以自由基反應法來達到改質效果，其分為兩步驟： 1. 利用自由基反應法改質碳奈米管，將含有環氧基的glycidylmethacrylate(GMA)接枝聚合在碳奈米管上，此方法可避免如利用氧化法對碳管本身的破壞，使碳奈米管表面仍然保持其完整石墨結構。 2. 接枝含雙胺的單體(Jeffamine® Poly(oxyproplene), POP-400)，探討POP-400對於碳奈米管所形成的立體結構對分散性及反應性的影響，並命名改質後之碳奈米管為GD400-MWCNTs。 藉由拉曼光譜(Raman Spectrum)、高解析電子能譜儀(XPS)、紅外線光譜儀(FT-IR) 進行定性分析，並以TGA作定量分析。 由Raman光譜的分析可知未改質的碳奈米管有最低的D band/G band積分面積相對比值(1.08)，因其結構性最為完整，而經過自由基改質碳奈米管其碳奈米管表面的石墨結構會由於自由基反應而造成部份開環，故使得D band/G band積分面積上升至1.16，但無明顯大幅上升表示自由基改質除了可以有效改質碳奈米管，更可以保持碳奈米管結構之完整性。利用XPS碳譜圖分析改質後的Jeffamine® POP-400-g-GMA-MWCNTs (GD400-MWCNTs) 比改質前的碳奈米管多出四個訊號峰，分別在285.60 eV處有C-NH2的特徵峰，286.65 eV處有C-O-C的特徵峰，286.86 eV處有C-OH的特徵峰，288.00 eV處有O-C=O的特徵峰，證明POP-400已成功接枝於碳奈米管表面上。 第二部份是將奈米石墨烯片進行氧化還原反應以降低其層數，以達到增加其表面積進而提昇複材之機械性質，藉由拉曼光譜、高解析電子能譜儀、X-射線繞射儀進行定性分析，並以原子力顯微鏡、SEM進行形態學觀察。 根據Hummers method，Graphite Nano Sheet(GNS)經由氧化脫層後形成Graphene Oxide(GO)。Graphene Oxide上含有大量含氧官能基可以提供良好的分散性及化學活性點。而從XRD可觀察到其002結晶面的層間距離從Graphite Nano Sheet的3.4 Å，撐開至Graphene Oxide(GO)的7.3 Å，然而其石墨結構卻有不完整。為了回復材料之石墨結構完整性，利用化學還原法將Graphene Oxide還原為Graphene Sheet，由Raman及XPS可以分析材料的石墨結構比例及其表面的元素成份。從Raman及XPS之分析結果證實經由化學還原法可以將Graphene Oxide 還原為Graphene Sheet(GS)。從FE-SEM可以觀察到GNS、GO及GS的型態結構，經過還原反應後之GS與傳統材料的碳黑及石墨不同，呈現皺摺且多孔結構。本研究主要是利用GNS、GO及GS添加至環氧樹脂基材當中，並利用碳奈米管提高分散性，以提昇高分子複合材料之機械性質。 第三部分則是將Pristine-MWCNTs、GD400-MWCNTs及GNS、GO、GS進行混摻並加至環氧樹脂基材當中，並且探討其對於機械性質上的影響，研究結果如下： 1. 將含0.5 phr、1.0 phr及2.0 phr 之Pristine-MWCNTs/GNS與epoxy進行混掺並製備Pristine-MWCNTs/GNS/Epoxy複合材料，發現添加低含量0.5 phr之Pristine-MWCNTs時可得最佳機械性質，因為Pristine-MWCNTs/GNS含量過高時會產生聚集現象，造成應立集中點無法有效傳遞應力，使得機械性質呈現下降的趨勢。擁有Pristine-MWCNTs/GNS之混成比例為10/90 wt%(wt %)，拉伸模數由2 phr之Pristine-MWCNTs/GNS/Epoxy複合材料的2920 MPa提昇至0.5 phr的3381 MPa。 2. Pristine-MWCNTs/GNS/Epoxy複合材料在Pristine-MWCNTs /GNS之混成比例為10/90 wt%(wt %)下其拉伸模數、拉伸強度及最大伸長量皆較兩成份之Pristine-MWCNTs/Epoxy複合材料及GNS/Epoxy複合材料佳，由Pristine-MWCNTs/Epoxy及GNS/Epoxy的3087 MPa、51.99 MPa、3%及3361 MPa、51.08 MPa、2.9%提昇至Pristine-MWCNTs /GNS之混成比例為10/90 wt%(wt %)的3381 MPa、55.02 MPa、3.5%。這是由於添加少量碳奈米管至材料中，碳奈米管能夠提供立體障礙以減少奈米石墨烯片堆疊之現象，使得奈米石墨烯片聚集的現象得以改善，故能提昇其複材之機械性質。 3. 將Pristine-MWCNTs/GNS/Epoxy複合材料及GD400-MWCNTs /GNS/Epoxy複合材料兩系統進行拉伸測試，研究發現碳奈米管經過自由基改質後，其接枝上的POP-400含有胺基可與環氧樹脂的環氧基進行開環反應，使得GD400- MWCNTs與基材間相容性及黏著性問題改善，且GD400-MWCNTs與奈米石墨烯片之間的作用力使得GD400- MWCNTs附著於奈米石墨烯片表面上，故一併將奈米石墨烯片嵌入至基材當中，增加奈米石墨烯片及基材間之相容性及黏著性，以提昇其拉伸強度及最大伸長量。但含0.5 phr之Pristine-MWCNTs/GNS/Epoxy分散性較佳，GD400- MWCNTs所接枝的POP-400影響交聯度之效果勝過其分散效果，故拉伸模數無法提昇。 4. 將GD400-MWCNTs/GNS/Epoxy複合材料、GD400-MWCNTs /GO/Epoxy複合材料及GD400-MWCNTs/GS/Epoxy複合材料三個系統進行比較，發現GO材料由於氧化脫層效果，造成層數減少且帶有含氧官能基，故能提昇拉伸強度(由GD400-MWCNTs/GNS/Epoxy的61.52 MPa提昇至GD400- MWCNTs/GS/Epoxy的67.59 MPa)及最大伸長量(由GD400-MWCNTs/GNS/Epoxy的3.9 %提昇至GD400-MWCNTs /GS/Epoxy的4 %)，但在硬化過程因升溫造成含氧官能基部份氣化而造成材料有孔洞之產生，造成拉伸模數無法提昇現象。GS之材料其層數經氧化還原後較GNS少，且有材料有皺摺型態，能與高分子基材形成交互連鎖 (interlocking)，使應力可以有效傳遞以改善機械性質，但僅添加GS時當其添加量較高會造成分散性降低之情形故無法提昇其拉伸模數，而在於GD400-MWCNTs/GS之混成比例為10/90 wt%時，由於GD400-MWCNTs之少量添加能改善GS於Epoxy中之分散性以達到最佳機械性質效果。 熱機械性質方面分為三個參數討論，分別是玻璃轉移溫度(Tg)、玻璃態的熱膨脹係數(CTEα1 )及橡膠態的熱膨脹係數(CTEα2 )： 1. Pristine-MWCNTs/GNS/Epoxy複合材料在Pristine-MWCNTs /GNS之混成比例為10/90 wt%(wt %)下可得最高的玻璃轉移溫度及最低玻璃態的熱膨脹係數及橡膠態的熱膨脹係數，分別為52℃, 81 ppm/℃及250 ppm/℃。這是由於添加少量碳奈米管至材料中，碳奈米管能夠提供立體障礙以減少奈米石墨烯片堆疊之現象，使得奈米石墨烯片與高分子間的接觸面積上升，故能提昇其複材之機械性質。 2. 將GD400-MWCNTs/GNS/Epoxy複合材料系統進行TMA測試，在GD400-MWCNTs/GNS之混成比例為10/90 wt%(wt %)下其玻璃轉移溫度、玻璃態的熱膨脹係數及橡膠態的熱膨脹係數分別為52.69℃, 80.22 ppm/℃及236.2 ppm/℃，玻璃轉移溫度比純樹脂的42.99℃高出22.56 %，而玻璃態的熱膨脹係數及橡膠態的熱膨脹係數分別比純樹脂的90.2 ppm/℃及262.1 ppm/℃降低11.06 % 及9.88 %；由於改質的碳管帶有含氨官能基，故能提高與基材之間之界面相容性，提昇GD400-MWCNTs/GNS/Epoxy複合材料的熱穩定性。 3. 將GD400-MWCNTs/GO/Epoxy複合材料系統進行TMA測試，在GD400-MWCNTs/GO之混成比例為10/90 wt%(wt %)下其玻璃轉移溫度、玻璃態的熱膨脹係數及橡膠態的熱膨脹係數分別為54.41℃, 79.36 ppm/℃及246.5 ppm/℃，玻璃轉移溫度比純樹脂的42.99℃高出26.56 %，而玻璃態的熱膨脹係數及橡膠態的熱膨脹係數分別比純樹脂的90.2 ppm/℃及262.1 ppm/℃降低12.02 % 及5.95 %；由於經過氧化反應後的GO帶有含氧官能基且層數變少，故能提昇其熱性質，但由於經過加熱硬化過程GO被部份還原，其帶有之含氧官能基部份被氣化造成複材之孔洞形成，故橡膠態的熱膨脹係數比GD400-MWCNTs /GNS/Epoxy複合材料系統高。 4. 將GD400-MWCNTs/GS/Epoxy複合材料系統進行TMA測試，在GD400-MWCNTs/GS之混成比例為10/90 wt%(wt %)下其玻璃轉移溫度、玻璃態的熱膨脹係數及橡膠態的熱膨脹係數分別為56.9℃, 70.13 ppm/℃及225.5 ppm/℃，玻璃轉移溫度比純樹脂的42.99℃高出26.56 %，而玻璃態的熱膨脹係數及橡膠態的熱膨脹係數分別比純樹脂的90.2 ppm/℃及262.1 ppm/℃降低22.25% 及13.96 %；還原後之GS具有皺摺型態，能夠與環氧樹脂的高分子鏈更緊密結合，界面作用力因此提高許多，故能夠大幅提昇GD400-MWCNTs/GS/Epoxy複合材料系統的熱穩定性。 綜合以上結果可知，GD400-MWCNTs/GNS/Epoxy複合材料能達到最佳機械性質，其拉伸模數、拉伸強度及最大伸長量分別為3631 MPa，9.32 MPa及3.9 %，相對於純環氧樹脂的2642 MPa 47.65 MPa 2.6 %分別提昇 37.22 %,，45.45 %及 50 %。 本研究利用改質後之碳奈米管可幫助奈米石墨烯片的分散，使一維碳奈米管及二維奈米石墨烯片之協成效果達到最佳的補強結構，將奈米碳材於基材中能夠發揮最佳補強效果，大幅改善其機械性質。

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以La0.58Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ為觸媒行高溫甲醇蒸氣重組製氫之研究

本研究主要目的是以鈣鈦礦結構氧化物La0.58Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ(LSCF)、螢石結構氧化物Ce0.9Gd0.1O2-δ（GDC）為觸媒材料，藉由其具有氧空缺(oxygen vacancy)之特殊結構，進行甲醇蒸氣重組反應(steam reforming of methanol, SRM)，希冀作為固態氧化物燃料電池(solid oxide fuel cell)陽極側之觸媒催化層，進行燃料之內部預重組(internal reforming)，並透過一氧化碳與水氣產生之水氣轉移反應(water gas shift reaction, WGS)，得到更大的氫氣產率，以增進電池效能。 觸媒實驗結果指出在反應溫度區間600~800℃，GDC-LSCF比傳統之電極材料Ni-YSZ或低溫常用甲醇重組之Cu-GDC觸媒有更好的催化活性，其催化活性不隨反應時間的增加而衰退，具有良好之抗積碳能力，因此有較佳的的甲醇轉化率與氫氣產率。由定溫實驗發現，溫度升高將增進甲醇的裂解，並提升轉化率，但也可能增加或降低WGS反應之發生，導致氫氣產率的增減，與觸媒本身特性有關。 若以甲醇蒸氣作為SOFC之燃料，將可添加GDC-LSCF於傳統電極Ni-YSZ表面做為催化層，以補足Ni-YSZ催化能力之不足，先於催化層進行燃料重組反應，產生氫氣、一氧化碳供電池使用。

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Self-Organization of Rod-Coil Block Copolymer and Side-Chain Liquid Crystalline Polymer Based on Conjugated Polymer Building Block

Copolymers composing of rodlike conjugated segments have drawn much attention recently because this class of materials effectively integrate the unique functionality of the conjugated polymer with the self-assembling capability for generating controllable nanostructures. This thesis is dedicated to the study of two types of conjugated copolymers. The first type is the rod-coil block copolymers composing of poly(3-hexylthiophene) (P3HT) as the rod block and poly(methyl methacrylate) (PMMA) as the coil block. The second system is a copolymer called oly (fluorenylstyrene) (PSt-Fln)? composing of a polystyrene backbone attached with conjugated oligomer of 9, 9-di-n-hexyl-2, 7-fluorene (HF) as the side chain. For the former system, we are concerned with the self-organization behavior of P3HT block confined within the discrete microdomains, while for the second system, we center on the conformational structure of this novel type of copolymer in the solution state. We compared the self-assembly behavior of P3HT block in the PMMA-rich P3HT-PMMA diblock and triblock copolymers. On the basis of similar volume fraction and molecular weight of P3HT block, the crystallizability of P3HT in these copolymers has been examined. In the P3HT-b-PMMA diblock, P3HT confined within the discrete microdomains was essentially uncrystallizable; however, anomalous mesomorphic sub-domains with ca. 5 nm in interdomain distance and two types of  stacking of the thiophene rings were observed. These mesomorphic domains sustained up to ca. 70 oC, which was much lower than the typical melting point of P3HT crystallites. Crystallization of P3HT block was able to occur in PMMA-b-P3HT-b-PMMA triblock copolymer to generate the layer structure as that found in the crystalline homopolymer. The great hindrance to P3HT crystallization in the diblock system was attributed to the strong driving force of the conformational relaxation of the longer PMMA block (comparing to that in the triblock) that prohibited the crystalline packing of P3HT block. We have examined the conformational structure of PSt-Fln (with n corresponding to the number of HF unit per side chain, n ≤ 3) bearing different side-chain lengths dissolved in THF, toluene, methylcyclohexane (MCH) and cyclohexane (CYH) by means of SAXS. THF and toluene are relatively good solvent for the copolymer and the SAXS profiles reveal that the copolymer chains in these two solvents adopt rodlike conformation irrespective of the side chain length. PSt-Fl1 remained well dispersed in MCH and CYH in spite of their poorer solvent quality. However, PSt-Fl2 and PSt-Fl3 undergo aggregation in these two solvents, giving rise to cylindrical aggregates or bundles. The copolymer chains in the bulk state are found to pack in a pseudo-hexagonal lattice with the rodlike side chains tilt away from the backbone by ca. 60o.

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Mechanism of enhanced cellular uptake and transfection efficiency of chitosan/DNA complexes in the presence of poly(γ-glutamic acid)

Polymeric nanoparticles (NPs) have attracted increasing interest as nonviral vector for gene delivery. Among polyion complexes, chitosan(CS)/DNA complex NPs have been considered as a candidate for gene delivery. It was demonstrated that after modification of internal structure of CS/DNA complexes with γ-PGA, cellular uptake and transfection effiency of CS/DNA/γ-PGA NPs were significantly higher. Moreover, DNA/Polyethylenimine complex coated with γ-PGA is effective as a gene delivery system with high transfection efficiency and low toxicity. However, the role of γ-PGA has not been elucidated clearly. In this study, an approach through coating CS/DNA complexes by a negatively charged γ-PGA was reported and the mechanism of enhanced cellular uptake and transfection efficiency of these complexes in the presence of γ-PGA was clarified. Results of particle size, zeta potential and molecular dynamics (MD) simulation indicated that γ-PGA covered the surface of CS/DNA NPs. Furthermore, observation from confocal microscope revealed that free form of γ-PGA and CS/DNA NPs coated by anionic γ-PGA could enter into HT1080 cells. In addition, cellular uptake of CS/DNA complexes was enhanced significantly due to coating of γ-PGA. Taken altogether, it indicated that γ-PGA helped increase significantly their cellular uptake via different uptake mechanism from CS/DNA complexes with a cationic charge. γ-PGA also reduced CS binding to DNA so that DNA could release easily after transfected into the cells, hence transfection efficiencies were enhanced. However, when the quantity of γ-PGA was increased, more and more free amount of negative charge covered the surface of NPs, hence repulsive force between γ-PGA and lipid bilayers became stronger. Therefore, it was difficult for NPs to reach to the cell membrane and resulted in low transfection efficiency. We futher demonstrated that caveolae-mediated routes were main pathways to taken up CS/DNA NPs coated by γ-PGA into the cells. Besides, GGT, a cell membrane bound enzyme, was also concerned with cellular uptake mechanism of ternary complexes via specific interaction with γ-PGA. Finally, crucial role of terminal amine group of γ-PGA on cellular uptake of NPs has been proved. In other words, it might have specific interaction with the cell membrane and helped NPs enter into HT1080 cells easily. Our results resolved the mechanism of enhanced cellular uptake and transfection efficiency of CS/DNA complexes coated by γ-PGA.

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液晶型聚亞醯胺與無機粒子混摻於傳統聚亞醯胺之熱傳導性質研究

提升熱傳導能力，為現今材料發展的重要課題。提升導熱能力可以改善部份電子元件於使用上所遭遇之問題，如訊號延遲、電腦受熱當機等。本研究結合有機與無機的方法對軟性電子基板材料聚亞醯胺做改質，希望藉此提升熱傳導能力。在有機方面，摻入液晶型聚亞醯胺增加排列規則性；在無機方面，導入導熱性佳的陶瓷粒子氮化硼，藉由這兩方面有效提升導熱能力。 當複合物之基材使用30 wt%液晶聚亞醯胺且摻入40 wt%表面改質之氮化硼時，將這兩個可改善導熱能力之條件加入，其熱傳導係數從0.3 W/mK提升至0. 83W/mK；介電常數從4.1降至2.875、散逸係數從0.018降至0.0059，彈性模數則從3576 MPa提升至5622 MPa，對於軟性電子所需要之性質要求皆有提升。而由研究結果得知，在定量氮化硼添加下，如果基材導入液晶型聚亞醯胺，其熱傳導係數有再次提升之效果。

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奈米碳管於染料敏化太陽能電池之應用

染料敏化太陽能電池因其組裝簡單容易且太陽光電轉換效率不低，故此種電池是下一新世代能源中，頗被看好的一種利用太陽能源產生電力的電池，但現今此種電池仍須利用到貴重金屬箔溅鍍在導電玻璃上做為陰極，其超真空設備與貴重金屬箔無疑大大增加了此電池之成本。 奈米碳管因其高導電度與許多不錯的物理性質，此種材料被許多研究團隊利用來取代箔做為染料敏化太陽能電池之陰極以降低成本。但又因為碳材本身的疏水與黏著力差的特性，我們必須在碳材表面做適當的處理與尋找適當的黏著劑來黏附碳管於電極之上，為了節省使用貴重金屬箔的使用，我們利用濕製程PEDOT電聚合為黏著方式製備出奈米碳管-箔奈米粒子複合物做為染料敏化太陽能電池的陰極催化層，而此種方法現今仍未被討論研究過。 在此研究中，我們使用了兩種不同方式來製備出奈米碳管-箔奈米粒子複合物。因分散方法與接支的官能機不同，我們將碳管接支聚丙烯酸命名為CNTs-PAA，而酸化接支單個梭基的碳管命名為CNTs-COOH，此外，我們利用導電高分子單體EDOT做為還原箔奈米粒子在碳管表面的還原劑。在穿透式電子顯微鏡中，我們發現CNTs-PAA由於表面攜帶較多的梭基，箔奈米粒子可利用較多的負電荷做為穩定生長點因此箔奈米粒子數量較CNTs-COOH多。且此種方法較酸化法不易傷害碳管表面，我們可以從電子顯微鏡中發現CNTs-PAA 結構也相對完整，一般而言，表面保持得越完整的碳管，其電性與物性才能有效的保持。 我們成功利用導電高分子PEDOT電聚合的過程將碳管-箔奈米粒子複合物黏著於導電玻璃上。但由實驗數據顯示，將製備好的電極組裝完電池之後，其效率在CNTs-COOH系統中為2.71％ 在CNTs-PAA系統中為2.34％ 在純PEDOT系統中為1.65％，我們發現，原本應該用來在電池中進行碘離子氧化還原反應箔奈米粒子，在PEDOT電聚合的過程中會幫助PEDOT的生成，這使得碳管-箔奈米粒子複合物的表面被覆蓋一層PEDOT，使其在組裝完電池之後，碘離子氧化還原催化效果與單純使用PEDOT做為陰極相同。因此原本表面生長較多箔奈米粒子的CNTs-PAA系統就表現得比CNTs-COOH系統來的差。 然而，我們也製備當純使用碳管且不改質箔奈米粒子於其表面，使用PEDOT做為黏著劑的催化層的電極，發現組好之電池效率為4.89％，與純使用箔為電極的電池效率5.52％相比幾乎可以匹配，顯示此種電極仍有繼續研究的淺力存在。 我們使用PEDOT做為黏著劑，但接上箔奈米粒子厚的碳管卻會因為箔在電聚合過程中幫助了PEDOT的生長而掩蓋了其原本催化表面，對於此種系統之最適當的組成比例仍需繼續研究。

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兩階段培養微藻Chlorella sp.生產油脂之研究

生質燃料被視為一種可再生性的能源，相對於石化燃料，可減少長期燃燒所造成溫室氣體排放及全球暖化等問題，進而提升環境的友善度，而微藻具有成為生質柴油原料的潛力，因其生長快速、分布範圍廣泛、屬於非糧食作物、某些藻種具有高含油量，其細胞中油脂可經處理成為生質柴油，因此，以不同培養條件誘導微藻細胞提高油脂含量及產量為目前主要研究目標。 本研究利用兩階段培養小球藻 (Chlorella sp.)：第一階段以提高細胞產量為目的，第二階段以反應曲面法針對營養鹽及環境因子篩選出顯著因子並求得對提高油脂含量及產量較適化之培養條件，由實驗結果可知，第一階段小球藻於尿素濃度1.8 g/L下培養第1-10天，最大細胞量可達3.18 g/L；第二階段以溫度：5 ℃、鹽度：0 g/L、尿素濃度：0 g/L、磷酸鹽濃度：0 g/L、總通氣量：2 vvm、CO2濃度：0.03%、光照強度：12000 lux、照光週期：12/12之條件培養第11-14天，以此兩階段培養可得最大油脂含量為43.51%，最大油脂產量為1458.44 mg/L。

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質子交換膜燃料電池用碳奈米管/高分子奈米複合材料雙極板之製備與性質研究

本研究旨在探討多壁碳奈米管(MWCNTs)及官能基化多壁碳奈米管(Functionalized MWCNTs)於質子交換膜燃料電池(PEMFCs)複合材料雙極板之製備及性質，並研究其組裝成燃料電池之性能。 本研究主要可分為四個部分： 第一部分探討一新型具交聯點之多壁碳奈米管（MWCNTs）用於強化乙烯酯樹脂複合材料雙極板之相關性質。先將poly(oxyalkylene)-amines (POA) 接枝 maleic anhydride (MA)－POAMA，再透過醯胺化反應將之接枝於多壁碳奈米管(MWCNTs-POAMA)。於MWCNTs-POAMA/乙烯酯樹脂奈米複合材料中，MWCNTs-POAMA可與乙烯酯樹脂反應形成部分交聯結構，而不是一個分相的組成物。研究結果發現MWCNTs-POAMA比pristine MWCNTs具有較佳的分散性。除此之外，乙烯酯樹脂複合材料雙極板之機械性質和導電性質具有顯著的改善。MWCNTs-POAMA/乙烯酯樹脂奈米複合材料雙極板的抗折強度從28.54 MPa增加至41.44 MPa;而體積導電度則從156 S cm-1增加至 643 S cm-1，分別提升45 %和315 %。另一方面，以所有配方之製成之複合材料雙極板都無氣體洩漏的現象。將MWCNTs-POAMA/乙烯酯樹脂奈米複合材料雙極板組裝成燃料電池單電池進行測試，最大電流從1.03 A cm-2增加至1.23 A cm-2； 最大電功率密度從0.366 W cm-2增加至0.518 W cm-2，顯示MWCNTs-POAMA/乙烯酯樹脂奈米複合材料具有較高的電子轉移能力，可有效使用於質子交換膜燃料電池。 第二部分探討以自由基改質法一步於碳奈米管上接枝分子量400及2000的POAMA，簡稱MWCNTs/MA-POA400和MWCNTs/MA-POA2000。經由有機溶劑之溶解測試及SEM型態學分析，顯示MWCNTs/MA-POA2000比pristine MWCNTs有更好的溶解性，並於乙烯酯樹脂基材中有較佳的分散性。再進一步研究改質碳奈米管/乙烯酯樹脂奈米複合材料雙極板之抗折強度、體積導電度、氣體洩露性質及燃料電池性能測試。本研究結果顯示最適化之奈米複合材料雙極板為添加MWCNTs/MA-POA2000所製備的奈米複合材料雙極板，其抗折強度由28.00 MPa (未含MWCNTs)提升至48.33 MPa (含2 wt% MWCNTs/MA-POA2000)；體積導電度由155 S cm-1 (未含MWCNTs)增加至1370 S cm-1 (含2 wt% 之MWCNTs/MA-POA2000)。另一方面，以所有配方製成之複合材料雙極板都無漏氣情形。添加1 wt% MWCNTs/MA-POA2000製備的奈米複合材料雙極板組成單電池，其最大電流密度由1.03 A cm-2 (未含MWCNTs)提升至1.32 A cm-2，電功率密度由0.392 W cm-2 (未含MWCNTs)提升至0.587 W cm-2 (含2 wt% 之MWCNTs/MA-POA2000)。因此，本研究所製備的含MWCNTs/MA-POA2000之奈米複合材料雙極板可應用於質子交換膜燃料電池。 本研究第三部分旨在探討使用碳奈米管、聚丙烯樹脂(PP)及石墨，製備燃料電池用複合材料雙極板。選用三種不同結晶度之PP－ HC-PP、MC-PP及LC-PP，所具有的結晶度分別為45.1 %、38.1 %及34.9 %，本部分研究所製備之複合材料雙極板，最適化之石墨含量為80 wt%，體積導電度由32 S cm-1提升到142 S cm-1，抗折強度由20.25 MPa提升到23.66 MPa。透過SEM鑑定碳奈米管/聚丙烯樹脂奈米複合材料之表面型態可知，LC-PP系列之複合材料能夠有效增進碳奈米管與聚丙烯樹脂彼此之間的相容性，而使碳奈米管具有最佳的分散效果。本部分研究結果獲得最佳配方為MWCNTs/LC-PP奈米複合材料雙極板，體積導電度由160 S cm-1(未含MWCNTs)提升至548 S cm-1 (含4 wt%之MWCNTs/LC-PP)；抗折強度由21.44 MPa(未含MWCNTs)提升至25.46 MPa (含8 wt%之MWCNTs/LC-PP)，所有配方之複合材料雙極板都無漏氣的現象發生。以含4 wt% MWCNTs/LC-PP製備之奈米複合材料雙極板進行燃料電池單電池的性能測試，其最大電流密度為1.19 A cm-2，電功率密度則為0.533 W cm-2。 本研究第四部分係利用聚丙烯-馬來酸酐相容劑(PP-g-MA)與胺化碳奈米管(aminated MWCNTs)經由開環反應接枝於MWCNTs上(MWCNTs/PP-g-MA)。研究結果顯示將MWCNTs/PP-g-MA導入PP奈米複合材料雙極板中，確實具有較佳的相容性而增進MWCNTs-PP之間的附著力。透過接枝長鏈段的PP-g-MA在MWCNTs上，可改善MWCNTs於PP基材中之分散性。除此之外，MWCNTs/PP-g-MA PP奈米複合材料雙極板之機械性質和導電性質具有顯著的改善。含1、2和4 wt% MWCNTs/PP-g-MA之奈米複合材料雙極板的抗折強度和體積導電度分別增加56.3、68.5及70.9 %；282、425及473 %。進一步比較最大功率密度，MWCNTs/PP-g-MA PP奈米複合材料雙極板之最大電功率密度達到0.586 W cm-1，其性能已與石墨板(0.614 W cm-1)相近，因此，本研究所製備之MWCNTs/PP-g-MA PP奈米複合材料雙極板適用於質子交換膜燃料電池。

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不同尺寸電子銲點中之相生成與相變化

銲點中的相生成與相變化對銲點的性質影響甚鉅，並進而左右電子產品的可靠度，由於不同的構裝層次中有不同尺寸的銲點，尺寸效應是軟銲技術中的一個重要議題；本研究探討不同尺寸電子銲點在固化與界面反應中的相生成與相變化，並建構相關系統的相圖，對固化與界面反應中的相生成與相變化現象有清楚的解釋。 本研究探討銲料合金的過冷現象與固化路徑，銲料合金的過冷程度同時受到第一析出相以及基材種類的影響，而在第一析出相以及基材皆相同時，過冷仍會稍微受到組成的影響；過冷程度隨著合金尺寸下降而升高，但彼此之間的相對大小維持不變。本研究完成Sn-Zn-Cu三元系統的液相線投影圖，並根據實驗結果建立其熱力學模型，此系統共有十個第一析出相、六個第二類反應、以及一個第三類反應。 本研究探討銲料合金與基材的界面反應，Sn-0.7wt%Cu/Fe比起Sn-37wt%Pb/Fe有較劇烈的反應速率與溶解行為；Sn-37wt%Pb/Fe與Sn-57wt%Bi/Fe在高溫時反應生成相的變化可以由三元系統中缚線的改變得到合理的解釋。Sn-8.8wt%Zn/Cu與Sn-57wt%Bi/Cu中反應生成相的厚度隨著銲料合金中Co添加的含量增加而分別減低與增加；Sn-8.8wt%Zn/Cu中反應生成相的變化以及Sn-57wt%Bi/Cu中反應生成相的型態皆同時受到微量Co的添加以及銲點尺寸的影響。 本研究建立Sn-Zn-Cu三元系統的熱力學模型，並以其計算液相線投影圖與計算等溫截面圖討論Sn-Zn/Cu銲點中的固化與界面反應；建立Sn-Zn-Co三元系統的液相線投影圖，並用以瞭解Sn-Zn-(Co)銲料合金的固化；建立Sn-Fe二元系統、Sn-Pb-Fe三元系統、以及Sn-Bi-Fe三元系統的熱力學模型，並依據其計算等溫截面圖解釋Sn-Pb/Fe與Sn-Bi/Fe銲點中的界面反應。

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生物可分解之溫感性水膠及其生醫應用之研究

在過去十年中，有關溫度敏感性水膠於不同生醫領域之應用已被文獻廣泛地報導出來，其中包括藥物遞送、細胞包覆及組織修復。此種溫度敏感性水膠為一種可注射性之液體，可利用微小化之侵入方式進入體內於需求之組織、器官內固化或膠化。此外，溫度敏感性水膠具有下列優點，不需要有機溶劑、可以在特定部位形成膠體。因為具有簡單的溶液混合藥劑型態、與生理系統之生物相容性、方便的投藥方式，所以此種水性之溶液膠體系統於藥物治療及生醫之應用，可作為藥物遞送與控制系統、生物活性物質之遞送及組織工程之應用。當此成形水膠可提供生物相容性及生物降解性及無毒性之降解產物時，其在活體內之應用將可有很大之利基。在本研究中，一系列的生物降解型溫度敏感性水膠藉由甲基化聚乙二醇與不同之聚酯類單體如D,L-乳酸酐(D,L-lactide), 甘醇酸酐(Glycolide), b-丙內酯(b-propiolactone), d-戊內酯(d-valerolactone) 及 e-己內酯(e-caprolactone)進行開環共聚合反應。所製得之產物利用1H質譜儀(1H NMR)分析其結構皆如預期之物質，並利用可見光紫外光光度計分析臨界微胞濃度且使用粒徑分析儀量測微胞之粒徑大小，同時可用可見光紫外光光度計分析此類共聚物水膠之溫度敏感性，而水膠之黏彈性則可用流變儀加以量測，此種溶膠行為是一種奈米微胞隨溫度上升自動聚集為物理性膠體之現象。此類水膠之生物相容性利用瓊脂擴散法(agar diffusion)加以分析判斷。在生醫應用之測試則針對環孢靈及替考普寧作藥物遞送之測試，並作活體外對皮膚之生物黏膠測試，在活體內之測試則對骨組織缺損作修補及骨髓炎之治療測試，並完成複合組織之異體移植耐受性實驗。環孢靈及替考普寧可分別在31及13天持續釋放到約70 %左右。包含替考普寧的mPEG-PLGA水凝膠對骨髓炎治療是一種有效的方法，其結果可由組織切片染色及免疫分析加已證實。對於骨肌皮瓣的複合組織異體移植與抑制免抑反應的環孢靈藥物，mPEG-PVLA水膠系統是一種良好的同種異體移植的藥物遞送系統。