• 學位論文

微量Cu-Sn與Ge對Fe-Cr抗蝕行為研究

本研究以「同時添加微量Cu與Sn」與「微量添加Ge」，微合金化肥粒鐵不鏽鋼，利用線性極化法LSV、阻抗頻譜法EIS、循環伏安法CV、開路電位法OCP等電化學量測，觀察合金的抗蝕行為；利用浸泡前後的金相及成分分析，觀察腐蝕後合金微結構與腐蝕液中的元素溶解量；再利用ESCA及AES，分析合金鈍化膜組成；綜合評估微合金化後Fe-Cr合金(以下簡稱本合金)的抗蝕行為。 本合金在硫酸中的LSV結果顯示，Cu-Sn微合金化，雖然可以提升活性區抗腐蝕能力，促進鈍化膜生成，但卻使鈍化電流上升；Ge微合金化，則可以提升鈍化膜穩定性。硫酸中的EIS顯示，Cu-Sn微合金化，使鈍化膜厚度下降，阻抗值變小；Ge微合金化，使鈍化膜厚度下降，但阻抗值變大，顯示鈍化膜型態有因Ge添加而改變。硫酸中的OCP顯示，添加Cu-Sn對於合金鈍化膜穩定性沒有明顯趨勢；添加Ge對於鈍化膜穩定性則有明顯提升。腐蝕後金相與成分分析，顯示合金在硫酸中屬均勻腐蝕，添加Cu-Sn使合金腐蝕更為嚴重；添加Ge使鉻氧化層的緻密度提升，不易腐蝕。硫酸鈍化膜的ESCA與AES分析，顯示鈍化膜主要由Fe3O4, FeO/Fe2O3, Cr2O3, CuO, SnO2, GeO2等氧化物組成，無論添加Cu-Sn或Ge，皆會使鈍化膜厚度減少，組成結構改變。 在氯化鈉中的LSV顯示，Cu-Sn添加對合金抗腐蝕行為影響不明顯；Ge使跨壓增大、孔蝕電位上升、腐蝕電流密度降低、鈍化電流密度降低，因此提升合金耐蝕力。氯化鈉中的EIS顯示，添加Cu-Sn沒有明顯趨勢；添加Ge提高鈍化膜阻抗，且當添加量超過一定值後，會有離子擴散現象。氯化鈉中的CV呈現正遲滯環，顯示有孔蝕現象，鈍化膜修復能力較差。添加Cu-Sn後，使合金鈍化膜修復能力變差；添加Ge後，合金鈍化膜修復能力變好。氯化鈉浸泡後，浸泡液成分分析顯示，添加Cu-Sn後，僅Cu有明顯腐蝕溶解，Sn則沒有；添加Ge使腐蝕現象，轉變成均勻腐蝕。 在氫氧化鈉中的LSV顯示，添加Cu-Sn，僅降低活性區電流密度；添加Ge，則同時降低活性區與鈍化區的電流密度。氫氧化鈉的EIS顯示，添加Cu-Sn，使鈍化膜阻抗上升；添加Ge，使鈍化膜阻抗上升更明顯。 綜合以上評估，Ge微合金化後的Fr-20Cr合金，是一個創新型耐腐蝕合金。

• 學位論文

高分子殘留應力與缺陷演變及電場誘發表面圖形

本論文主要探討高分子薄膜殘留應力與外加電場誘發週期性圖形及塊材輻射處理後退火行為。第一部份製備了聚一氯對二甲苯 (Parylene C)薄膜與矽微懸臂樑雙層結構。薄膜呈現連續平整且矽微懸臂樑在鍍膜後略微往上翹曲，此為薄膜與基板間熱膨脹係數不同造成。由其曲率的改變以理論推測鍍膜溫度為73 oC。薄膜與基板內的應力分布呈線性且在介面處產生不連續。第二部分為伽瑪輻射照射聚4-甲基-1-戊烯 (PMP)的色心 (color center)產生的色心湮沒 (annhilation)動力學機制，其可見光穿透率損失隨輻射累積照射劑量及退火溫度增加而增加，並產生紅位移 (bathochromic)於紫外光/可見光光譜。吸收率數據隨時間變化推測其產生過程為一級 (first order)反應。照射之聚碳酸酯 (PC)內同時存在永久及可經由退火消除的色心，後者可藉由高溫退火而湮沒。色心湮沒機制為一級反應且樣品吸收率與色心濃度成非線性正向相關 (nonlinearly proportional)。第三部分聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)與聚甲基丙烯酸-2-羥基乙酯共聚物 (PHEMA)產生之自由基於升溫退火下湮沒機制，兩者均推測有三種以上自由基存在。PMMA與PHEMA的Ra與Rb自由基衰退過程為二級反應，PMMA之Rc自由基為先一級後轉為二級。長時間PHEMA的之Rc自由基衰退過程為二級反應。兩者同劑量下劑量與退火溫度，自旋濃度隨退火時間增加而下降。最後為電場誘發聚PC與PMMA薄膜不穩定產生具週期性規律的柱狀圖形。不同薄膜厚度樣品均於實驗初期即產生柱狀結構，薄膜越薄者圖形密度也越低且尺寸較小，且均隨時間增加而上升，趨勢逐漸減緩，於40分鐘後圖形穩定，成長過程與擬合曲線相符。比較不同退火溫度之薄膜穩定圖形，可得出退火溫度較高者，點狀圖形直徑較大且間距較寬。綜合以上兩因素樣品之週期性於同厚度薄膜下，退火溫度越高則週期越長；相同退火溫度下薄膜越厚則週期越長。

• 學位論文

受紫外光照射之聚苯乙烯薄膜與雙層膜表面的破裂波紋

破裂引發微結構的形成方式是藉由分離三明治結構試片的上下基板，使夾層的高分子薄膜破裂成一組互補的非對稱破裂波紋在兩基板表面。 在實驗(一)中，我們採用拉伸與劈裂的方式在低分子量聚苯乙烯薄膜上引發週期性破裂波紋。接著，我們進一步探討不同紫外光劑量對聚苯乙烯薄膜之破裂波紋的表面形貌的影響。而在實驗(二)中，我們採用高分子量的聚苯乙烯來討論分子量的差異對於劈裂引發之破裂波紋的影響。為了排除高分子量聚苯乙烯中的雜質與添加物，我們以沉澱分級的方式加以純化，並觀察純化前後對破裂引發波紋的影響。最後.在實驗(三)中我們採用低分子量聚苯乙烯與光阻形成雙層膜的三明治試片。以劈裂方式分離試片後，觀察試片表面破裂引發結構在單層膜與雙層膜之情況下的差異。 由實驗結果可知，破裂波紋的波長與對應的膜厚呈線性關係，且與採用的破裂方式無關。而對於兩種破裂方式來說，波長對膜厚的比率皆隨照射劑量增加而減少。此外，高分子材料的種類與分子量的差異也會對破裂波紋產生影響。

• 學位論文

迴流溫度對硫醇包覆金奈米粒子的消化成熟動力學之影響

經過短時間迴流加熱後，硫醇包覆的金奈米顆粒可從尺寸大小不一的系統變成為幾乎單一尺寸分布的顆粒系統。我們將探討不同的迴流加熱溫度會如何影響金奈米顆粒的粒徑分布隨時間演化之過程。在相同十二硫醇添加量的條件下，利用不同的溫度對金膠體溶液進行迴流加熱的動作。我們發現當迴流加熱溫度越低，金奈米顆粒達到單一尺寸分散所需的時間越長，並且會得到較大的穩定顆粒尺寸，另外，在更長時間加熱後，奈米顆粒將傾向聚集和粗大化。隨後，我們也改變不同的十二硫醇添加量，試圖去觀察已知的溫度效應是否會受到影響。結果顯示，十二硫醇添加量的不足將造成不同的溫度效應；另外，迴流加熱之後，硫醇效應也被改變了。十二硫醇添加量越多時，迴流加熱後所得的穩定粒徑會增加，此與迴流加熱前的結果是相反的。 除此之外，我們在迴流加熱的過程中額外地加入電場。結果發現，即使在電場作用下，溫度效應對金奈米粒子演化所造成的影響趨勢維持相同。

• 學位論文

添加矽於含γ′相鈷基超合金之設計

本研究的合金系統為一含γ′強化相的鈷基超合金(Co-Al-W-Ni)系統，此合金目前面臨的主要問題之一是較差的抗氧化性，其原因為，為了穩定γ′強化相，合金中的鉻(Cr)含量需保持在某一定低值的含量，使得含γ′強化相的鈷基超合無法因鉻來達到提升合金的抗氧化性。因此，為了同時穩定γ′強化相與提升合金的抗氧化性，本研究藉由添加矽(Si)來達成此目的，並且探討不同含量的矽對此合金性質的影響，包含真空融煉鑄造凝固後的元素分布、基底相(γ)與γ′強化相的微結構、γ與γ′相間的元素分布傾向、室溫與高溫硬度、高溫熱腐蝕和高溫氧化。實驗結果顯示，矽的添加可以降低合金在高溫的氧化增重、提升合金的抗熱腐蝕性和增加γ′相的相體積百分率，進而增強合金在高溫的硬度。根據實驗結果，添加矽對於提升此鈷基超合金的高溫性質，具有顯著的成效。

• 學位論文

具反蛋白石結構之碲化鉍電鍍膜層微結構與熱電性質研究

熱電材料是一種可將熱能與電能進行相互轉換的綠色材料，碲化鉍(Bi2Te3)化合物是在室溫應用範圍具最佳熱電優值的材料。本研究採用定電流模式(2.5 mA/cm2)電鍍製備三種不同孔徑尺寸的反蛋白石結構(直徑分別約為300 nm (PS-300)、400 nm (PS-400)和600 nm (PS-600)及無孔洞的完整碲化鉍膜層，由於反蛋白石結構具有以最密堆積方式排列的規則孔洞，可明確推知孔洞的數量及面積，因此可對此類型膜層的結構與性質做有系統的分析及探討。本研究探討退火製程對於不同孔徑尺寸的反蛋白石結構膜層間晶體微結構與熱電性質之影響，並與完整膜層互相比較。X光繞射實驗結果顯示，所有試片皆具有(110)優選方向，並在退火製程初期發生消除空位缺陷的回復過程導致(110)方向結晶性成長。而延長退火時間將發生再結晶行為，膜層(110)方向的繞射峰強度開始減弱，其他方向的繞射峰強度則開始變大。推測在退火製程中，反蛋白石結構膜層由於鉍原子含量比例較多，富鉍相的析出與晶格內部形成錯位缺陷的兩種機制將因微結構的差異而相互競爭，因此擁有單位體積孔洞數量最少與界面總面積最小的PS-600試片，在退火過程中空位缺陷消除的幅度最大。此外，由於反蛋白石結構膜層內部大量的孔洞與界面薄區限制晶粒的成長及載子傳輸路徑，導致退火過的試片其載子遷移率無法如完整碲化鉍膜層大幅提升而有較高的電阻率。然而，反蛋白石結構碲化鉍膜層較佳的晶體結構與載子散射界面將呈現較高的Seebeck係數。

• 學位論文

氧化銦錫奈米線之合成與光觸媒性質

本研究以VLS熱蒸鍍法合成出氧化銦錫奈米線，藉由改變製程溫度、氧氣的流量及來源粉末不同比率三種參數，觀察合成出之氧化銦錫奈米線形貌以及性質上的差異，尋找出最佳的奈米線製程參數後，而後將此合成出的奈米線進行光學、光觸媒特性分析並比較不同錫摻雜量之間的關係。以場發射電子顯微鏡(FESEM)分析不同製程溫度及氧流量下的奈米線形貌，在溫度偏高、氧流量太小及太大的情況下，會影響奈米線的成長及形貌，最佳狀況為700 C以及氧流量4.5 sccm下合成出高密度的奈米線，奈米線線徑約為200-300 nm，線長約為10 m。X光粉末繞射儀(XRD)及穿透式電子顯微鏡(TEM)確認奈米線的結構為單晶的立方鐵錳礦 (Cubic Bixbyite) 結構，不會受持溫溫度及粉末比率等製程參數而改變。紫外光可見光(UV-vis)光譜圖中觀察隨錫摻雜增加，吸收峰先往長波長之後往短波長偏移，推測錫摻雜量偏高時奈米線轉變為簡併型半導體。經由紫外光可見光光譜圖和 Tauc 關係式求出氧化銦錫奈米線的光學能階，發現光學能階隨摻雜少量的錫增加而減少，隨著摻雜過多的錫增加而增加。光觸媒特性中，少量的摻雜錫進入奈米線，可有效提升光觸媒效率，但在較高的錫摻雜量下，因奈米線會轉變為簡併型半導體，使光觸媒效率降低。

• 學位論文

CrFeMnTiVZr高熵儲氫合金 用作鎳氫電池負極之研究

本研究以六元AB2 C14 Laves相CrFeMnTiVZr高熵合金為主體，對各元素進行成分的調變，設計出包括加鈷的等莫耳七元合金在內的，拾數個非等莫耳與等莫耳合金(以下簡稱本合金)，探討單一元素的添加或減少對鎳氫電池的放電容量及循環壽命的影響。真空電弧熔煉製備鑄造態塊狀合金，擊碎，325 mesh過篩後，活化消除毒化層，並與PTFE混漿，製作成負極，搭配氫氧化鎳正極，以30 wt % KOH水溶液為電解液，自行組裝成鎳氫電池，使用電池自動化充放電系統，設定充放電條件，記錄電壓、電流、時間，計算放電容量及循環壽命。 本合金各元素的成分調配，影響許多重要性能，包含吸放氫能力、熱力學性質、抗氧化及腐蝕能力、微粉化、放電動力學、催化特性、氣體再結合能力、循環壽命等。初步結論，本研究放電表現最好的為Fe1.5試片，最高放電電容量可達143.34 mAh/g；循環壽命表現最好的為Mn0，在經過30個cycles充放電循環測試後，放電電容量仍可達最高放電容量的五成；七元合金比六元合金放電容易。

• 學位論文

鉬膠結熔融碳化物研究

耐火金屬膠結熔融碳化物，是指碳化物與耐火金屬藉熔融方法，將兩者膠結在一起而得之複材，所以稱為Refractory Metal-Cemented Fused Carbides；有別於傳統主要以鈷或鎳為金屬膠結物，藉液相燒結而成的燒結碳化物(Cemented Carbides)。因此，本研究，著重在選擇適當的碳與氮化物硬化相(TiC, ZrC, NbC, VC, TaC, WC, HfC, TiN, ZrN)與耐火金屬膠結相(Mo, W, Nb)，試驗各種可能的組合，目標為得到熔點超過攝氏2500度，與硬度超過1700 HV的瓷金複材，並使用熔融方式，將硬化相與膠結相兩者，進行結合，克服傳統燒結製程上，緻密度低以及成本高的問題，製造出具備高硬度、高熔點和高韌性的複材。與以往燒結瓷金複材比較，高熔點與100 %緻密度，是其中兩個最重要的訴求點。 本研究提出了，使用以超過攝氏3500度的真空電弧熔煉，製造多元與少元、等莫爾與非等莫爾「熔煉瓷金」。雖然得到了由較粗大之「樹枝晶」與「樹枝間晶」組成的複合結構，與燒結製程所追求的次微米尺度結構恰好相反；但整體製程，快速、方便，且得出緻密度100 %，以及擁有不錯之硬度、韌性之熔融複材，這些優點，皆足以與傳統燒結複材媲美，甚或大大超越。 目前研究的熔融瓷金複材，由鎢或鉬膠結相，搭配碳化物所組成。其中「鎢膠結熔融碳化物」，擁有良好的常溫與高溫硬度表現，也就是說，在高溫時，強度不會下降太多；為了達到熔融碳化物研究的多元化的目的，「鉬膠結熔融碳化物」被選為本研究的主題。雖然少元鉬膠結瓷金和少元鎢膠結瓷金相比，室溫及高溫硬度，表現較差，但是經由強化相多元添加後，其硬度表現可有相同水準，並且韌性表現甚至更佳，也就是，複材不易有脆裂的情況。除了高硬度、高韌性之外，近年來，瓷金複材的相關應用，如石油鑽油設備，或伐木工具等的工件，以改善磨耗，增進使用壽命，降低營運成本的研究，已陸續地出現。因此，本材料也進行了磨耗測試的量測，並初步發現，擁有3公斤荷重之Pin-on-Belt磨耗，超過30 m/mm3的良好表現。多元複材與少元複材的導熱與導電性質相當。期望在未來，可以透過多元碳化物更縝密的調配變量，進一步提升瓷金各種機械性質的表現。

• 學位論文

利用金奈米粒子之表面電漿效應提升非真空製程銅銦鎵硒太陽能電池之吸光特性及元件表現

銅銦鎵硒(CIGS)為一種直接能隙材料，吸光範圍寬，做成太陽能電池具高光電轉換效率，目前世界紀錄為20.8%。CIGS太陽能電池材料中的銦、鎵、硒元素地球上含量稀少總量有限，故如何減少吸收層材料使用並保持高效率為目前研究重點之一。金屬粒子具表面電漿效應。當金屬粒子受光照產生表面電漿共振時，其對光散射及吸收的截面積均會增加。若將此粒子置於太陽能電池吸收層中可增加光被利用的機率，使元件整體表現提升。本研究利用金奈米粒子的表面電漿效應提高CIGS元件整體表現。並以薄膜光學性質的量測及模擬解釋表面電漿效應對元件的增益機制。因為金奈米粒子的散射及吸收效應使光被CIGS薄膜的利用率提高，加入金奈米粒子的元件其光電流及光電轉換效率均有顯著提升。如此作法可成功減少吸收層材料使用並有機會於未來做出高效率超薄型可撓式CIGS薄膜太陽能電池。