大同大學材料工程學系所學位論文
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本實驗以電化學沉積Cu2O膜層。藉由改變外加電壓與電鍍液pH值並利用XRD與SEM探討p-Cu2O薄膜之元素成分及表面結構。利用UV、Hall，分別探討薄膜的光性、載子濃度、遷移率。 從實驗中可得知，薄膜之織構會因溶液之pH 值或外加電壓之變化而轉變。於低pH/低外加電壓下得到(200)織構之氧化亞銅薄膜，其晶粒形狀為四面體之金字塔型，而高pH/高外加電壓時，則得到(111)織構之薄膜，晶形為三角形。藉由UV檢測得知，Cu2O對紫外光具有良好的吸收性，經由換算後可得知能隙為2.60eV。 利用濺鍍法制備AZO於ITO玻璃上，再以電化學沉積Cu2O膜層。利用I-V量測系統探討膜層光電特性。
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本研究利用溶液法合成橄欖石結構之LiFePO4、Mg2+離子部分取代鐵離子之LiFe1-xMgxPO4 (0 ≤ x ≤ 0.09)及K+離子部分取代鐵離子之LiFe1-xK2xPO4 (0 ≤ x ≤ 0.05)正極粉末。以XRD、ICP-OES、EA及SEM研究合成粉末之晶體結構、成分組成、碳含量以及表面形貌。並以循環充放電測試、循環伏安分析去探討所合成粉末之電化學特性。在合成之LiFe1-xMgxPO4粉末中，以LiFe0.95Mg0.05PO4具有較高的放電電容量以及較好的充放電速率承受能力。而合成之LiFe1-xK2xPO4 (0 ≤ x ≤ 0.05)正極粉末的可逆電容量隨著K+離子取代量增加而降低，同時速率放電能力也變差。
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以以溶液法合成純相單斜結構Li3V2(PO4)3及以鐵部分取代釩的Li3V2(1-x)Fe3x(PO4)3,和Li3V2(1-x)Fe2x(PO4)3(0.≤ x ≤ 0.09)正極粉末。分別以ICP-AES,、XRD、EA和SEM分析合成粉末之結晶構造、碳含量、材料組成及觀察粉末之表面形態。並且由micro-FTIR分析發現Li3V2(PO4)3在30oC下經過100次0.1C循環充放電速率的正極上有惰性模的產生。由循環充放電結果發現部分鐵取代釩可以提升Li3V2(PO4)3的電化學特性。其中以Li3V1.86Fe0.21(PO4)3 和Li3V1.86Fe0.02(PO4)3分別在合成的Li3V2(1-x)Fe3x(PO4)3和Li3V2(1-x)Fe2x(PO4)3樣品中具有最高的放電電容量及最好的電容量保持率。尤其Li3V1.86Fe0.21(PO4)3經30圈5C循環充放電速率下具有141.2 mAh/g及90.1%的電容量保持率，相對於Li3V2(PO4)3顯示120.2 mAh/g的第二圈放電電容量在經過相同圈數循環充放電速率下衰退至80.1 mAh/g。
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以溶膠-凝膠法合成尖晶石結構的Li4Ti5O12 及Li4Ti5(1-x)M5xO12 (M= Mg or Al, 0 ≤ x ≤ 0.09)粉末，探討熱處理溫度(800~1000oC)、Mg2+及Al3+部分取代Ti4+對合成之Li4Ti5O12 基負極材料電化學特性之影響。分別以XRD, ICP-OES, SEM 探討合成粉末之晶體結構、成分組成及表面形貌。並以循環充放電測試、循環伏安分析探討合成粉末之化學特性。發現合成粉末都為尖晶石相，Li4Ti5O12 粉末之晶格常數隨熱處理溫度上升而略有增大，但隨Mg2+或Al3+取代量增加則分別有顯著增大及減小。Li4Ti5O12 粉末平均粒徑由800oC 下合成粉末的350 nm增加至1000oC 下合成粉末的550nm，而Mg2+或Al3+部分取代對平均粒徑的影響則不顯著。在不同溫度下合成的Li4Ti5O12 粉末中，以經850oC 下熱處理的樣品具有較高之初充放電電容量。在由850oC 下合成的Li4Ti5(1-x)M5xO12 (M = Mg 或Al, 0 ≤ x ≤ 0.09)中，鎂取代在x = 0.01的樣品表現最佳，在0.5 至2.5V 的充放電截止電壓下，經循環30 圈循環充放電都有較高之可逆電容量，在0.1 ,1 及 5C 時初始電容量分別為196、170 及146 mA h g-1。
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以溶膠凝膠法合成化學計量比為LiMn1-xFexPO4 (x = 0 ~ 0.5)之鋰離子電池的正極材料，希望利用鐵取代錳的位置改變晶體結構，並透過二價鐵與二價錳的離子半徑之差異，造成晶格扭曲和缺陷，進而改善鋰離子的嵌入嵌出。使用感應耦合電漿發射光譜儀(ICP-OES)分析粉末組成的成分，以X-ray繞射儀(XRD)鑑定粉末的晶體結構，利用掃描式電子顯微鏡(SEM)觀察粉末的表面型態，並將粉末製作成極片於手套箱內組裝成鈕扣型電池(CR2032)，以循環充放電機測試電池的電化學特性，探討隨著鐵取代量的增加對LiMnPO4電容量的影響。結果顯示在LiMn1-xFexPO4 (x = 0 ~ 0.5)的成分中，LiMn0.5Fe0.5PO4在有最佳的電容量128 mAhg-1, 且電容量隨著鐵含量的增加而增加。利用電化學性質較佳的LiMn0.5Fe0.5PO4組成進行600 ~ 800 oC不同溫度的熱處理，探討熱處理溫度對電化學性質的影響。發現750 oC和800 oC合成粉末中有Li3PO4、Fe2P和Fe3P的雜相。由循環充放電結果發現經750 oC和800 oC合成之粉末在高充放電速率具有最好的循環充放電性質。
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CuAlO2為一種p型透明導電材料，近年來隨著p-n junction的發展，p型半導體逐漸被重視。透明導電氧化物（TCOs）在光電薄膜元件上扮演一個關鍵的角色，包括液體液晶顯示器，有機發光二極管，太陽能電池，是由於其獨特的光學特性在可見光區域的透明度和可控導電性。 藉由摻雜Ag到CuAlO2薄膜中，可以將相轉變溫度點往室溫方向降低，而得到更接近室溫的相轉變溫度增加其應用。 本實驗的CuAlO2薄膜是利用溶膠凝膠(sol-gel)的方法製備，過程以650、750、850及950℃熱處理溫度，且其間通予400sccm之氬氣氣氛。經由結構的分析來觀察在不同燒結溫度和不同的摻雜量之下，對CuAlO2薄膜相變化機制和其特性的改變。 在成相方面，藉由摻雜Ag可使CuAlO2薄膜的成相溫度下降。在未摻雜時，CuAlO2 薄膜必須以850℃熱處理才得以成相。在摻雜3%及5%的Ag後，成相溫度下降至750℃。摻雜至10%，在650℃就可以觀察到CuAlO2相的產生。
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近年來超級電容研究很廣泛，相對於電池的大能量密度，超級電容像燃料電池一樣變成了理想的電動車的儲能元件。氫氧化鎳擁有高比電容值與高能量密度的特性，所以氫氧化鎳用來作超電容是個很有前途的正極材料。 本實驗目的在於以電鍍法製備氫氧化鎳電極，並且添加1%的CTAB 或SDS界面活性劑來增加薄膜附著性來達到增加比電容值的效果。本實驗以0.1M硝酸鎳水溶液當作電鍍液。以白金電極當作對電極，甘汞電極當作參考電極，將純鎳片當作工作電極。 本實驗利用電鍍法製備出來的氫氧化鎳薄膜，使用SEM觀察表面形貌，XRD分析結晶性以及相，FTIR分析鍵結，RAMAN分析成分以及電化學循環伏安法計算比電容值，來觀察不同介面活性劑與不同電壓下比電容值的改變。本實驗所電鍍出來的薄膜為非晶質的，而添加了1%CTAB與1%SDS 電鍍出來的氫氧化鎳薄膜，其電容值為26.6 F/g與14.39 F/g，均優於未添加界面活性劑時的電容值11.83 F/g。
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二氧化釩(VO2)為一種具有金屬-絕緣體特性轉換的材料，從室溫至68℃，將從原先的半導體態轉變成導體態，並有著電性與光學性質的變化，因此此種材料常被應用於智慧窗玻璃與熱敏元件等。 利用混合奈米銀粒子，可將其電性提升數十倍，且不影響其穿透率仍為透明薄膜，而得到更能應用於日常生活中的窗玻璃。 本實驗利用溶膠凝膠(Sol-gel)方法製備奈米銀粒子與VO2薄膜，經由XRD分析相變，XPS分析其組成，SEM觀察其表面形貌，與電性的檢測和穿透率量測，來觀察在不同燒結溫度和不同混合銀粒子濃度下，對二氧化釩其相變化特性的改變。
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封裝玻璃應用廣泛，例如電子元件封裝、固態燃料電池封裝。 不同操作溫度下，對玻璃造成的影響也會不同。若玻璃產生結晶，會有熱膨脹係數不匹配的問題，而影響SOFC元件品質。 本研究以G18 (35BaO-15CaO-5Al2O3-10B2O3-35SiO2 (mol%))玻璃為主要成份，有兩個系列。系列一，改變B2O3含量。系列二，添加其它氧化物(TiO2和ZrO2或P2O5)。藉由兩種方式，改善玻璃熱性質與結晶行為。本實驗利用DTA、TMA得到玻璃的熱性質。利用XRD分析，進行縱深分析，可知結晶相分布。利用SEM觀察玻璃的成核效果。由實驗結果得知，添加B2O3含量7和13 mol% 的玻璃成分有成核處理效果。但添加B2O3含量7 mol%的玻璃成分熱膨脹係數不佳。系列一以添加B2O3含量13 mol%的玻璃成分成核處理效果最佳。系列二都有成核處理效果。以添加3 mol% P2O5有最佳的成核處理效果。在系列一和系列二中，以添加3 mol% P2O5有良好的熱性質和成核效果。
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本研究主要分為以溶劑法製備精製瀝青、介相邊緣顆粒移除、混合不同TI/TS（甲苯不溶份/甲苯可溶份）比率對介相生成影響、喹碄不溶份（QI）對介相生成型態影響四個部分。 精製瀝青之製備是使用溶劑法將國內中碳公司所生產的煤焦瀝青（代號BP）中的QI去除。首先加入芳香族的洗油以稀釋瀝青之黏度增加瀝青流動性後，加入脂肪族溶劑使QI 容易相互凝結，透過靜置沉降傾析法和減壓蒸餾等方式分離取得精製瀝青（代號BPT）。使用自製桶型熱處理爐在常壓下400℃持溫熱處理生成介相瀝青（Mesophase Pitch），在偏光顯微鏡下觀察介相型態，重複調整精製瀝青製程以減少介相邊緣附著顆粒，最佳參數為增加靜置時間至24小時所得精製瀝青（代號BPTT）。 以甲苯過濾分離BPTT，在混合調配甲苯可溶與不可溶部份，熱處理後比較不同成份下介相生成速度及型態差異，結果顯示含有越多甲苯不溶物（β樹脂）可在較短時間內生成較多介相，且有利於形成細纖維狀結構。另以喹碄分離煤焦瀝青不溶物部份觀察，將其不溶物添加至精製瀝青內混合熱處理，與喹碄可溶物熱處理對照比較，探討喹碄不溶物在瀝青中造成的影響，結果顯示喹碄不溶物會造成介相邊緣顆粒出現。