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 U0002-0508200811545900
中文論文名稱 含鎢氧化物光致變色高分子混成薄膜之製備及其性質分析
英文論文名稱 Preparation and characterization of photochromic tungsten oxide/polymer hybrid films
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 96
學期 2
出版年 97
研究生中文姓名 陳志維
研究生英文姓名 Chih-Wei Chen
學號 695400381
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2008-07-23
論文頁數 72頁
口試委員 指導教授-張正良
共同指導教授-張朝欽
委員-陳慶鐘
委員-黃延吉
委員-賴偉淇
中文關鍵字 鎢氧化物  光致變色  有機無機混成膜 
英文關鍵字 tungsten oxide  photochromic  organic-inorganic hybrid film 
學科別分類
中文摘要 本研究成功製備三氧化鎢光致變色材料,利用有機無機混掺法將三氧化鎢與聚丙烯酸混掺成膜,藉由紫外光作為變色反應的驅動力,達到吸收近紅外光效果。本實驗分別探討三氧化鎢含量、反應時間、照光時間、預烘烤時間及膜厚等效應對可見光穿透與近紅外光吸收的影響,並且觀察添加二氧化鈦提升近紅外光吸收的效果。
FTIR、XRD及TEM結果顯示本實驗成功製備三氧化鎢結晶物,且均勻分散在聚丙烯酸中,形成奈米級粒子;UV-visible光譜測試結果得知,三氧化鎢與聚丙烯酸反應3天後製備成膜,厚度223 μm,在60 oC下預烘烤1小時,紫外光照射2小時的效果最好,可見光穿透率與近紅外光遮蔽率的總值可達130以上。此外,隨著二氧化鈦比例增加,薄膜吸收效果變差,與溶液態的結果相反。TGA結果顯示,聚丙烯酸具有三段熱裂解溫度,隨著三氧化鎢或二氧化鈦增加,第一段熱裂解溫度會提前,第二及第三段會延後。
含鎢氧化物光致變色型高分子混成薄膜除了變色反應外,同時具有退色反應,兩者互為可逆反應,需要一周的時間退色反應才會終止。本研究所製備的混成薄膜,循環壽命可維持5次以上,隨著循環次數增加,可見光穿透率與近紅外光遮蔽率總值有所提升,最高可提升至139,為良好的變色材料,深具隔熱膜發展之潛力。
英文摘要 In this research, tungsten trioxide as a photochromic material had been synthesized and WO3/PAA hybrid films were prepared by blending method. UV light was employed as the energy source for the photochromic reaction of the material in order to perform the NIR absorption. This study probed into the effects of quantity of tungsten oxide, time of reaction, time of UV light exposure, and thickness of the film on the visible light transparency and the NIR absorption. The NIR absorption enhancement by TiO2 addition was also observed.
FTIR、XRD、TEM results showed that the crystalline tungsten oxide was successfully prepared and dispersed uniformly in poly acrylic acid as nano-ordered fine particles. UV-visible results indicated that the WO3/PAA hybrid with blending time of three days could reach its best performance if pre-dried for one hour under 60 oC, 223 μm thick and under UV light irradiation for two hours. The efficiency index of such product reported over 130 in terms of the total value of the percentages of visible transparency and NIR absorption. The absorption efficiency of the hybrid film was decreased with the addition amount of TiO2 was increased. TGA results showed that the thermal of PAA included three major degradation steps, the first degradation temperature decreased while the second and the third ones increased with increasing amount of WO3 or TiO2.
The photochromic tungsten oxide/polymer hybrid films include two mutually reversible reactions, which are photochromic reaction and bleaching reaction. The hybrid films take one week to stop bleaching reaction. A recycle started when the bleached film was exposed under the UV light again. The recycle experiments performed more than five times for each film. The efficiency index increased with increasing recycle runs, and the index of the best one can be raised up to 139. The hybrid films were proved to be qualified photochromic materials and had excellent potential in heat insulation applications.
論文目次 中文摘要 I
英文摘要 II
目錄 III
表目錄 V
圖目錄 VI

第一章 序論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目標 4
第二章 文獻回顧 7
2.1 變色材料 7
2.1.1 電致變色材料 7
2.1.2 光致變色材料 9
2.1.3 其他變色材料 14
2.2 光致變色機制與退色機制 15
2.2.1 變色機制(photochromic)15
2.2.2 退色機制(bleaching) 17
第三章 實驗藥品與儀器 21
3.1 實驗藥品 21
3.2 實驗步驟 22
3.2.1 光致變色型雙金屬氧化物製備 22
3.2.2 含光致變色金屬氧化物有機無機混成薄膜之製備 24
3.3 物化性分析與鑑定 25
3.3.1 結構鑑定 25
3.3.2 性質分析 26
第四章 結果與討論 28
4.1 三氧化鎢結構分析 28
4.1.1 FT-IR光譜測試 28
4.1.2晶體結構分析 29
4.2 有機無機混成材料結構及性質分析 30
4.2.1 FT-IR光譜測試 30
4.2.2 晶體結構分析 32
4.2.3 穿透式電子顯微鏡分析 33
4.2.4 熱重量分析性質測試 35
4.3 UV-visible光譜測試 37
4.3.1 不同變因對變色機制之檢測 37
4.3.2 退色機制及循環壽命測試 48
第五章 結論 55
第六章 未來研究方向 57
參考文獻 58
附錄 A 61
附錄 B 67

表目錄

表1-1智慧型變色材料之節能機制與變色機制比較表 4
表2-1氧化物具有電致變色性質的之過渡金屬元素 8
表4-1PAA與WPT0~WPT4之熱裂解溫度及殘餘量 36
表4-2不同WO3比例混成薄膜可見光穿透與近紅外光遮蔽總值表 39
表4-3WPT0不同反應時間可見光穿透與近紅外光遮蔽總值表 40
表4-4WPT0不同預烘烤可見光穿透與近紅外光遮蔽總值表 41
表4-5WPT0不同厚度下可見光穿透與近紅外光遮蔽總值表 43
表4-6不同二氧化鈦比例混成膜可見光穿透與近紅外光遮蔽總值表45
表4-7WPT0不同照光時間下可見光穿透與近紅外光遮蔽總值表 47
表4-8WPT0~WPT4不同循環次數下可見光穿透與近紅外光遮蔽總值表54
表A-1不同成份混成薄膜的UPE值 63

圖目錄

圖1-1金屬氧化物粉體ITO薄膜之吸收與反射光譜 2
圖1-2TiO2-Ag-TiO2薄膜之吸收與反射光譜 2
圖1-3各種半導體能階圖 5
圖2-1WO3-TiO2混合材料系統之能階圖 10
圖2-2(A) WO3;(B)WO3/TiO2溶液吸收圖 11
圖2-3PVA/WO3混成薄膜吸收圖 11
圖2-4PVA/WO3微結構圖 12
圖2-5不同光致變色材料添加GPTMS之混成薄膜穿透圖 13
圖2-6(a) PWo/PAM混成薄膜吸收圖;(b) PMo/PAM混成薄膜吸收圖13
圖2-7PDLC材料之系統結構示意圖 15
圖2-8二氧化鈦與三氧化鎢能階示意圖 17
圖2-9不同光源環境下電子遷移示意圖 18
圖2-10氫質子在三氧化鎢遷移示意圖 20
圖2-11光致變色型混成薄膜退色反應之UV-visible光譜圖 20
圖3-1光致變色型雙金屬氧化物製備與分析流程圖 23
圖3-2含光致變色金屬氧化物有機無機混成薄膜製備與分析流程圖 24
圖4-1三氧化鎢FTIR圖譜 28
圖4-2三氧化鎢XRD繞射圖 29
圖4-3聚丙烯酸(Poly (acrylic acid) , PAA) FTIR圖譜 31
圖4-4三氧化鎢/聚丙烯酸混成材料FTIR圖譜 31
圖4-5PAA與WPT0~WPT4 XRD繞射圖 32
圖4-6TiO2之TEM圖 33
圖4-7WPT0之TEM圖 34
圖4-8WPT4之TEM圖 34
圖4-9PAA與WPT0~WPT4之TGA圖 36
圖4-10WPT0 UV-visible穿透光譜圖 38
圖4-11不同WO3比例之混成薄膜UV-visible穿透光譜圖 39
圖4-12WPT0在不同反應時間之UV-visible穿透光譜圖 40
圖4-13WPT0在不同預烘烤之UV-visible穿透光譜圖 41
圖4-14WPT0在不同厚度下之UV-visible穿透光譜圖 42
圖4-15不同二氧化鈦比例的混成溶液UV-visible穿透光譜圖 44
圖4-16不同二氧化鈦比例的混成薄膜UV-visible穿透光譜圖 44
圖4-17紫外燈曝光機照射12分鐘之UV-visible穿透光譜圖 45
圖4-18紫外光乾燥機照射30秒之UV-visible穿透光譜圖 46
圖4-19WPT0在不同照光時間下之UV-visible穿透光譜圖 47
圖4-20WPT0之UV-visible穿透光譜圖(退色效應) 49
圖4-21WPT1之UV-visible穿透光譜圖(退色效應) 49
圖4-22WPT2之UV-visible穿透光譜圖(退色效應) 50
圖4-23WPT3之UV-visible穿透光譜圖(退色效應) 50
圖4-24WPT4之UV-visible穿透光譜圖(退色效應) 51
圖4-25WPT0之UV-visible穿透光譜圖(循環效應) 52
圖4-26WPT1之UV-visible穿透光譜圖(循環效應) 52
圖4-27WPT2之UV-visible穿透光譜圖(循環效應) 53
圖4-28WPT3之UV-visible穿透光譜圖(循環效應) 53
圖4-29WPT4之UV-visible穿透光譜圖(循環效應) 54
圖A-1WO3.2H2O之XRD標準圖譜 61
圖A-2WO3.H2O之XRD標準圖譜 61
圖A-3WO3.0.5H2O之XRD標準圖譜 62
圖A-4WO3.0.33H2O之XRD標準圖譜 62
圖A-5WPT4之EDS分析圖 63
圖A-6PAA薄膜照光1小時之UV-visible穿透光譜圖 64
圖A-7WPT0(滴膜含量為1 mL)之SEM圖 64
圖A-8WPT0(滴膜含量為0.75 mL)之SEM圖 65
圖A-9WPT0(滴膜含量為0.5 mL)之SEM圖 65
圖A-10WPT0(滴膜含量為0.25 mL)之SEM圖 66
圖B-1PAA之熱重量分析圖 67
圖B-2WPT0之熱重量分析圖 67
圖B-3WPT1之熱重量分析圖 68
圖B-4WPT2之熱重量分析圖 68
圖B-5WPT3之熱重量分析圖 69
圖B-6WPT4之熱重量分析圖 69
圖B-7WPT0反應一天之UV-visible穿透光譜圖(退色效應) 70
圖B-8WPT0反應二天之UV-visible穿透光譜圖(退色效應) 70
圖B-9WPT0反應三天之UV-visible穿透光譜圖(退色效應) 71
圖B-10WPT0反應一天之UV-visible穿透光譜圖(循環效應) 71
圖B-11WPT0反應二天之UV-visible穿透光譜圖(循環效應) 72
圖B-12WPT0反應三天之UV-visible穿透光譜圖(循環效應) 72

參考文獻 1.王品然,王正全;工業材料,2004,119-127
2醫護服務業安全健康通訊,2002,1-6
3張仕欣,李文錦,張光偉;工業材料,2004,128-132
4何主亮,邱明傑;真空科技,1999,12,4-15
5.Hobbs, B. S., Tseung, A. C. C., Journal of the
Electrochemical Society, 1973, 120, 766-769.
6.Fanghnan, B.W., Crandall R.S., Heyman; P.M. RC Review,
1975, 36, 176
7.M. Brogren, G. L. Harding, R. Karmhag, C. G. Ribbing, G. A.
Niklasson and L. Stenmark, “Titanium-aluminum-nitride
coatings for satellite temperature control”, Thin Solid
Film, 2000, 370, 268-277
8.A. Donnadieu, Material Science and Engineering, 1989, B3,
185-195
9.B. Reichman and A. J. Bard, J. Electrochem. Soc., 1979,
126, 583
10.Meda L., Breitkopf R. C., Haas T. E., Kirss R. U., Thin
Solid Films , 2002, 402, 126-130.
11.王畯閎,氧化銦錫添加三氧化鎢薄膜之研究,國立中央大學化學工
程與材料工程研究所,2006年
12.楊慧敏,氧化鎢與氧化釩單層膜與多層膜之製備與特性分析及其電
致色變性質,國立東華大學材料科學與工程學系,1999年
13.Yuping H., Zhenyu W., Limin F., Chaorong L., Yyanming M.,
Li C., Haiming F., Bingsuo Z., Chem. Mater., 2003, 15,
4039-4045
14.Tao H., Ying M., Yaan C., Xiaoliang H., Haimei L.,
Guangjin Z., Wensheng Y., Jiannian Y., Journal of Colloid
and interface Science, 2002, 106, 12670-12676
15.Shoichiro Y., Kimio K., Keisuke I., Takeshi F., Mitsuo K.,
Polymer, 2003, 44, 3515-3522
16.Shingo K., Noriko Y., Koichi K., Masanobu A., Journal of
the Ceramic Society of Japan, 2006, 114[1], 114-119
17.Y. G. Mo, R. O. Dillon, P. G. Snyder, T. E. Tiwald, Thin
Solid Films, 1999, 355-356, 1-5
18.Wei F., Tierui Z., Yan L., Ran L., Cheng G., Yingying Z.,
Jiannian Y., Materials Chemistry and Physics, 2002, 77,
294-298
19.Nenadovic′ M. T., Rajh T., Mic′ic′ O. I., Nozik A. J., J.
Phys. Chem., 1984, 88, 5827-5830
20.Bechinger C., Oefinger G., Herminghaus S., Leiderer P., J.
Appl. Phys., 1993, 74, 4527.
21.Zhang J. G., Benson D. K., Tracy C. E., Deb S. K.,
Czanderna A. W., Bechinger C. J., Electrochem. Soc., 1997,
144, 2022
22.Bedja I., Hotchandani S., Kamat P. V., J. Phys. Chem.,
1993, 97, 11064
23.Tao H., Ying M., Yaan C., Haimei L., Wensheng Y., Jiannian
Y., Journal of Colloid and Interface Science, 2004,279,
117–123
24.Tetsu T., Shuichi S., Pailin N., Yoshihisa O., Akira F.,
Langmuir, 2002, 18, 7777-7779
25.Ramans G. M., Gabrusenoks J. V., Beispals A. A., Phys.
State. Sol., 1982, 74, K41
26.Colton R. J., Guzman A. M., Rabalais J.W., Accounts of
Chemical Research, 1978, 11, 170
27.Schlotter P., Peckermann L., J. Electronic Mater, 1982,
11, 207
28.Yoshiike N., Kondo S., J. Electrochem. Soc., 1983, 130,
2283
29.Vondrak J., Bludska J., Solid State Ionics, 1994, 68, 317
30.Yao J. N., Loo B. H., Hashimoto K., et. al., Ber.
Bunsengs. Phys. Chem., 1991, 95, 557
31.Yao J. N., Loo B. H., Fujishima A., et. al., Ber. ]
Bunsengs. Phys. Chem., 1990, 94, 13
32.姚建年,感光科學與光化學,氧化物半導體薄膜的光電效應及其應
用,1993,15(4),363
33.Duck K. H., Hyun J. K., Hak S. H., Yong G. S., Journal of
Sol-Gel Science and Technology, 2004, 32, 137–141
34.Yumi T., Masaru M., Mitsuhiro H., Tetsuichi K., Solid
State Ionics, 2004, 171, 33–39
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2011-08-07公開。
  • 同意授權瀏覽/列印電子全文服務,於2011-08-07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