淡江大學覺生紀念圖書館 (TKU Library)
進階搜尋


下載電子全文限經由淡江IP使用) 
系統識別號 U0002-0108201211455200
中文論文名稱 以溶膠-凝膠法合成中空奈米二氧化矽球狀粒子及其混成塗膜的製備
英文論文名稱 Synthesis of hollow silica spherical nanoparticles by sol-gel method and preparation of the composite coatings
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 化學工程與材料工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Chemical and Materials Engineering
學年度 100
學期 2
出版年 101
研究生中文姓名 鄭喬予
研究生英文姓名 Chiao-Yu Zheng
學號 699400288
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2012-07-18
論文頁數 60頁
口試委員 指導教授-張朝欽
委員-鄭廖平
委員-張正良
委員-陳慶鐘
委員-簡文鎮
中文關鍵字 溶膠-凝膠法  中空二氧化矽  紫外光交聯  混成塗膜 
英文關鍵字 Sol-gel  hollow silica  UV-cured  hybrid coating 
學科別分類
中文摘要 本研究使用溶膠-凝膠法在室溫下合成中空奈米二氧化矽粒子,粒徑平均55 nm、殼厚10 nm,並在表面經過偶合劑3-(trimethoxysilyl)propyl methacrylate (MSMA)和封頭劑trimethyethoxysiliane (TMES)加以改質,二氧化矽溶膠粒子粒徑將藉由DLS、TEM,二氧化矽奈米球化學結構以FTIR、NMR和EA來檢測。所製備的二氧化矽奈米球結合壓克力單體dipentaethritol hexaacrylate (DPHA)和2-hydroxyethyl methacrylate (2-HEMA)利用紫外光交聯技術分別以旋轉塗佈和刮刀法在PMMA基板上製備透明混成塗膜。所製備的混成塗膜二氧化矽比例添加40%以下,可見光穿透率>98%,具備良好的性和附著度,厚膜的鉛筆硬度達到7~8 H,比壓克力單體硬度高。實驗結果證明所製備奈米混成塗膜具有較低折射率和較高的鉛筆硬度,在工業上有實用性。
英文摘要 In this study, spherical hollow silica nanoparticles, with diameter 50-60 nm and shell thickness ~10 nm, were successfully synthesized by the sol-gel method at room temperature, and surface-modified both by a coupling agent, 3-(trimethoxysilyl)propyl methacrylate (MSMA), and a capping agent, trimethyethoxysiliane (TMES). The particle sizes were determined by transmission electron microscopy (TEM) and dynamic light scattering (DLS), and the chemical structures of the formed particles were analyzed by means of Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and solid state 29Si nuclear magnetic resonance (NMR). The prepared hollow silica particles were then UV-cured together with the acrylic monomers, dipentaethritol hexaacrylate (DPHA) and 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA), to prepare transparent nanocomposite thin films and thicker coatings on PMMA substrates by means of spin coating and doctor-blade coating, respectively. The prepared hybrid coatings with the surface-modified hollow silica particles up to 40 wt% attached perfectly to the PMMA substrate according to the peel test, and were highly transparent with transmittance >98 % and very hard with pencil hardness 7H–8H. Compared with the primal acrylic coating, the formed nanocomposite thin films showed lower refractive index and higher pencil hardness.
論文目次 目錄
中文摘要 I
英文摘要 II
圖目錄 V
表目錄 VII
第一章、緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究動機與方法 3
第二章、文獻回顧 4
第三章、實驗部分 9
3-1 實驗藥品 9
3-2 實驗流程與步驟 12
3-2-1 二氧化矽溶膠製備 12
3-2-2 改質二氧化矽溶膠製備 13
3-2-3 製備低折射光學塗膜 13
3-3 實驗儀器 18
第四章、結果與討論 22
4-1粒子性質分析 22
4-1-1中空二氧化矽奈米粒子的製作 22
4-1-2 粒子FTIR光譜分析 29
4-1-3固態核磁共振光譜 ( NMR )分析 32
4-2塗膜性質分析 35
4-2-1塗膜紫外光-可見光穿透分析 35
4-2-2厚膜分析 38
4-2-3塗膜SEM觀測 41
4-2-4塗膜光學性質 48
第五章、結論 50
參考文獻 51
附錄A 54
附錄B 55
附錄C 58
附錄D 59
附錄E 60

圖目錄
圖2-1 二氧化矽球結構圖 4
圖3-1 製備二氧化矽溶膠流程圖 16
圖3-2 塗膜製備流程圖 17
圖4-1 溶膠粒子不同濃度TEM圖 23
圖4-2 S-sol改質溶膠粒子TEM圖 25
圖4-3 溶膠粒子不同濃度粒徑分佈圖 28
圖4-4 不同改質溶膠粒子粒徑分佈圖 28
圖4-5 S-sol二氧化矽粒子FTIR圖 30
圖4-6 SE-sol二氧化矽粒子FTIR圖 30
圖4-7 SM-sol二氧化矽粒子FTIR圖 31
圖4-8 SME-sol二氧化矽粒子FTIR圖 31
圖4-9 二氧化矽粒子29Si NMR吸收光譜圖 34
圖4-10 SME 29Si NMR (CP)吸收光譜圖 34
圖4-11 不同改質溶膠塗膜 UV-Vis穿透圖 36
圖4-12 不同比例SME塗膜 UV-Vis穿透圖 36
圖4-13 TD60與S10TD60 UV-Vis穿透圖 37
圖4-14 S10塗膜SEM圖 42
圖4-15 SE10塗膜SEM圖 42
圖4-16 SME10塗膜SEM圖 42
圖4-17 SME20塗膜SEM圖 43
圖4-18 SME30塗膜SEM圖 43
圖4-19 SME50塗膜SEM圖 43
圖4-20 N7塗膜SEM圖 45
圖4-21 N10S7塗膜SEM圖 45
圖4-22 N20S7塗膜SEM圖 45
圖4-23 N10SE7塗膜SEM圖 46
圖4-24 N20SE7塗膜SEM圖 46
圖4-25 N20SME7塗膜SEM圖 46
圖4-26 N50SME10塗膜SEM圖 47
圖4-27 N50SME20塗膜SEM圖 47
圖4-28 SME10膜厚和折射率模擬圖 49
圖A 中空二氧化矽粒子放大圖 54
圖B-1 PAA zeta potential圖 55
圖B-2樣品(a) zeta potential圖 55
圖B-3 S-sol zeta potential圖 56
圖B-4 SM-sol zeta potential圖 56
圖B-5 SE-sol zeta potential圖 57
圖B-6 SME-sol zeta potential圖 57
圖D LBL(PAH/S)4於wafer上 59


表目錄
表1-1 低折射率材料 1
表3-1 改質溶膠反應配方表 14
表3-2 中空二氧化矽塗料配方表 14
表3-3 不同粒徑二氧化矽塗料配方表 15
表4-1 粒徑與zeta-potential總表 26
表4-2 不同矽烷結構之化學位移位置 33
表4-3 厚膜性質總表1 39
表4-4 厚膜性質總表2 40
表4-5 塗膜光學性質表 48
表B 元素分析表 58
參考文獻 1. 柯揚船、皮特‧斯壯,聚合物-無機奈米複合材料,五南出版社,2004
2. X.Du, J.He, “Spherical silica micro/nanomaterials with hierarchical structures: Synthesis and applications”, Nanoscale Reviews, 2010, 2011, 3, 3984-4002
3. Y. Wan, S. Yu, “Polyelectrolyte Controlled Large-Scale synthesis of Hollow silica spheres with tunable sizes and wall thicknesses”, J. Phys. Chem. C 112, 2008, 3641-3647
4. Y. Du, L. E. Luna, R. E. Cohen, “Hollow silica nanoparticles in UV-Visible antireflection coatings for poly(methyl methacrylate) substrates”, ACS NANO 7,2010,4308-4316
5. G. Zhang, N. Leventis, “Isocyanate-crosslinked silica aerogel monoliths: preparation and characterization”, J. Non-Cryst. Solids, 350,2004, 152-164
6. D. Lee, Z. Gemizi , M. F. Rubner, R. E. Cohen,”Multilayers of Oppositely Charged SiO2 Nanoparticles: Effect of Surface Charge on Multilayer Assembly “, Langmuir, 2007, 8833-8837
7. L. Zhang, Y. Li, Sun, J. Sun, J. Shen,” Mechanically Stable Antireflection and Antifogging Coatings Fabricated by the Layer-by-Layer Deposition Process and Postcalcination”, Langmuir 24,2008, 10851-10857
8. 李妙如,“中空二氧化矽之製備”,南台科技大學化學工程系碩士論文,2006
9. 高濂、孫靜、劉陽橋,奈米粉體的分散與表面改性,五南出版社,2005
10. 黃逢璽,”溶膠凝膠法製備紫外光硬化型抗反射鍍膜 ”,淡江大學化學工程與材料工程學系碩士論文,2005
11. 歐陽岱岳,”改質奈米二氧化矽/高分子複合材料之製備與物性分析”,淡江大學化學工程與材料工程學系碩士論文,2006
12. 陳建銘,”溶膠凝膠法製備紫外光硬化型抗眩鍍膜 ”,淡江大學化學工程與材料工程學系碩士論文, 2007
13. 林若惠,”添加奈米粉體對於乾式相轉換法製備有機-無機混成薄膜性質之影響”,淡江大學化學工程與材料工程學系碩士論文,2010
14. K. Hara, S. Akahane, J. W. Wiench, B. R. Burgin, N. Ishito, M. Pruski, “Selective and Efficient Silylation of Mesoporous Silica: A Quantitative Assessment of Synthetic Strategies by Solid-State NMR”, J. Phs Chem. C 116, 2012, 7083-7090
15. T-H Kuo, C-J Weng,1 C-L Chen, Y-L Chen, C-H Chang, J-M Yeh, “Electrochemical Investigations on the Corrosion Protection Effect of Poly(vinyl carbazole)-Silica Hybrid Sol–Gel Materials” Polymer Composites 33, 2012, 275-281
16. 林佳穎,”應用於紫外光交聯高折射率有機-無機混成薄膜之二氧化鈦溶膠的製備與分析” ,淡江大學化學工程與材料工程學系碩士論文,2011
17. F. Cebeci, Z. Wu, L. Zhai, R. E. Cohen, M. F. Rubner, “Nanoporosity-Driven Superhydrophilicity: A Means to Create Multifunctional Antifogging Coatings” Langmuir 22, 2006, 2856-2862
18. M. Chen, L. Wu, S. Zhou, B. You, ”A Method for the Fabrication of Monodisperse Hollow Silica Spheres”, Adv. Mater. 18, 2006 , 801–806
19. D. Lee, M. F. Rubner, R. E. Cohen,” All-Nanoparticle Thin-Film Coatings”, American Chemical Society 10, 2006, 2305-2312
20. N. Nakayama, T. Hayashi,” Preparation and characterization of TiO2–ZrO2 and thiol-acrylate resin nanocomposites with high refractive index via UV-induced
crosslinking polymerization”, Composites: Part A 38 , 2007, 1996–2004
21. L. Zhang, Y. Li, J. Sun, J. Shen, “Layer-by-Layer Fabrication of Broad-Band Superhydrophobic Antireflection Coatings in Near-Infrared Region. “ J. Colloid Interface Sci 319, 2008, 302-308
22. C. Chen, D. Lin, T. Don, F. Huang, Li. Cheng, ”Preparation of organic–inorganic nano-composites for antireflection coatings”, J.Non-Crystalline Solids 354, 2008, 3828–3835
23. S. Huang, L. P. Cheng, “Porous Structure and Thermal Stability pf photosensitive Silica/Polyimide Composites prepared by Sol-Gel process” J. Applied Polymer Science 114, 2009, 2019-2029
24. B-T Liu, Y-T Teng, “A novel method to control inner and outer haze of an anti-glare film by surface modification of light-scattering particles” J. Colloid and Interface Science 350, 2010, 421-426
25. C. Anastasescu, M. Anastasescu, V.S. Teodorescu, M. Gartner, M. Zaharescu,” SiO2 nanospheres and tubes obtained by sol–gel method”, J. Non-Crystalline Solids 356, 2010, 2634–2640
26. Y. Zhang, F. Lv, S. Ke, L. Yu ,H. Huang, H.L.W Chan, “Effect of hollow structure and covalent bonding on the mechanical properties of core-shell silica nanoparticles modified poly(methyl acrylate) composites”, Materials Chemistry and Physics 29, 2011, 77-82
論文使用權限
  • 同意紙本無償授權給館內讀者為學術之目的重製使用,於2015-08-07公開。
  • 同意授權瀏覽/列印電子全文服務,於2015-08-07起公開。


  • 若您有任何疑問,請與我們聯絡!
    圖書館: 請來電 (02)2621-5656 轉 2281 或 來信