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系統識別號 U0002-1707200610072400
中文論文名稱 壓克力高分子-奈米金奈米複合材料之製備及性質研究
英文論文名稱 Preparation and Characterization of Acrylic Polymer-Nanogold Nanocomposites
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 94
學期 2
出版年 95
研究生中文姓名 陳思豪
研究生英文姓名 Szu-Hao Chen
學號 693360116
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2006-06-22
論文頁數 85頁
口試委員 指導教授-張朝欽
委員-陳幹男
委員-李世仁
委員-張雍
委員-張正良
委員-張朝欽
中文關鍵字 奈米金  有機無機混成  壓克力高分子共聚物 
英文關鍵字 gold nanoparticle  acrylic copolymer  organic-inorganic hybrid 
學科別分類
中文摘要 本研究著重於以壓克力高分子共聚物製備高分子-奈米金奈米複合材料的方法。研究中以自由基聚合法合成不同比例甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸共聚物與甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸鈉共聚物,並且以三乙基硼氫化鋰為還原劑於高分子溶液中還原金鹽。研究中證實即使丙烯酸鈉官能基位於共聚物高分子鏈上仍然兼具還原劑與保護劑的效果。
  藉由以FTIR與NMR檢測分析共聚物高分子在製備的過程中,其重要官能基的變化情形。藉由TEM與粒徑分析儀觀察奈米金粒子的粒徑與分布情形。另外,將複合材料進行TGA與DSC等熱分析測試,以測得材料的熱裂解溫度與玻璃轉化溫度等熱性質。
  含奈米金樣品的紫外光可見光吸收光譜的最大吸收位置則位於 520~570 nm 之間。另外,共聚物高分子在添加奈米金之後,其裂解溫度有下降的趨勢。
英文摘要 This work focuses on the synthesis method of polymer-nanogold nanocomposites which protected and stabilized by an acrylic copolymer. The radical chain polymerization was used to synthesize poly(MMA-co-AA) and poly(MMA-co-SA) copolymers, and reduced HAuCl4 in the polymer solution by Super-Hydride in this study. This study also confirms that sodium acrylate group on the copolymer chain can reduced/stabilized gold to synthesize nanogolds.
Furthermore, FTIR and NMR were employed to investigated the evolution of chemical bonds between composite molecules during the copolymer polymerization. TEM and size-measurement were used to find out the size and distribution of Au nanoparticles. TGA and DSC were used to measure the degradation temperature and glass transition temperatures of the prepared copolymers and nanocomposites.
The λmax of the prepared nanocomposites were at 520~570 nm observed by UV-Vis, hence confirms the successfully synthesis of the nanogold and nanocomposites. As the gold particles grow up or aggregation, a red shift of the absorption was observed. In addition, the degradation temperatureof the prepare nanocomposites were decrease with the content of nanogold.
論文目次 第一章、序論-----------------------------------------------1
1.1奈米金的製備與應用--------------------------------------2
1.2高分子-奈米金複合材料的製備與應用-----------------------6
第二章、文獻回顧-------------------------------------------9
2.1以高分子製備奈米金--------------------------------------9
2.2壓克力高分子-奈米金複合材料----------------------------19
2.3研究方向與研究方法-------------------------------------25
第三章、實驗部分------------------------------------------26
3.1實驗藥品與儀器-----------------------------------------26
3.2實驗步驟與流程-----------------------------------------29
3.2.1丙烯酸鈉-奈米金與丙烯酸鈉-奈米金的製備---------------31
3.2.2甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸共聚物與甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸鈉共聚物的製備------------------------------------------------34
3.2.3甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸共聚物-奈米金的製備-------------37
3.2.4甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸鈉共聚物-奈米金的製備-----------39
3.3實驗儀器-----------------------------------------------40
第四章、結果與討論----------------------------------------44
4.1 結構分析----------------------------------------------44
4.1.1元素分析---------------------------------------------44
4.1.2 核磁共振光譜分析------------------------------------46
4.1.3 FT-IR 光譜測試--------------------------------------47
4.1.4 共聚物分子量分析------------------------------------51
4.2 粒徑分析----------------------------------------------52
4.2.1穿透式電子顯微鏡-------------------------------------52
4.2.2 粒徑分析--------------------------------------------55
4.2.3 X光繞射分析-----------------------------------------59
4.3 光學性質----------------------------------------------60
4.3.1 紫外光-可見光光譜分析-------------------------------60
4.4 熱性質分析--------------------------------------------65
4.4.1微分掃描熱卡儀分析-----------------------------------65
4.4.2 熱重損失分析----------------------------------------68
第五章、總結----------------------------------------------70
第六章、未來研究方向--------------------------------------72
參考文獻--------------------------------------------------73
附錄------------------------------------------------------77

表目錄
表3-1製備奈米金與共聚物列表---------------------------30
表4-1各樣本元素分析理論值計算結果---------------------45
表4-2各樣本元素分析實驗值結果-------------------------45
表4-3所合成共聚物與奈米金主要官能基之特性吸收峰-------48
表4-4壓克力高分子之分子量-----------------------------51
表4-5粒徑分析結果-------------------------------------56
表4-6X光繞射之數據分析--------------------------------59
表4-7製備之奈米金UV-vis.吸收光譜之最大吸收位置--------62
表4-8製備之共聚物及高分子包覆奈米金之熱分析數據-------67

圖目錄
圖1-1以硫醇基丙酸鹽為穩定劑製備奈米金之步驟------------2
圖1-2硫醇包覆奈米金之取代反應示意圖--------------------3
圖1-3以高分子鏈包覆奈米金顆粒示意圖--------------------7
圖1-4在PLED發光層中摻入奈米金結構圖[33]----------------8
圖2-1PVP、PAN和MMS-NVP之化學結構式--------------------10
圖2-2以(a)PVP、(b)PAN和(c)MMS-NVP包覆之奈米金之TEM圖與其粒徑分布----------------------------------------------------10
圖2-3PMPP與奈米金添加量之TGA圖------------------------11
圖2-4以末端基為硫醇的小分子/高分子作為安定劑的奈米金--12
圖2-5由不同鏈長保護劑還原之奈米金於溶液及高分子中的UV-vis吸收光譜--------------------------------------------------13
圖2-6以末端基為硫醇的聚乙二醇作為安定劑的奈米金-------14
圖2-7硫醚側基的聚對甲基苯乙烯高分子之製備與奈米金還原之流程圖------------------------------------------------------15
圖2-8添加不同比例高分子之奈米金UV-vis吸收光譜---------16
圖2-9PMS-(CH2SCH3)n與奈米金添加量之TGA圖--------------16
圖2-10奈米金顆粒包覆於苯乙烯-丙烯酸共聚物殼層中之TEM圖-18
圖2-11MUA 包覆奈米金以不同比例於PHEMA 高分子中分佈情形:左圖0.04% PHEMA (0.6 μM MUA/Au2-nm);右圖0.18% PHEMA (0.2 μM MUA/Au2-nm)-------------------------------------------20
圖2-12以甲基丙烯酸鈉(左上)、聚甲基丙烯酸鈉 =2,100(左下圖)、聚甲基丙烯酸鈉 =5,100(右上圖)與聚甲基丙烯酸鈉 =15,000(右下圖)還原並包覆的奈米金--------------------------21
圖2-13溶液態與固態的丙烯酸鈉合成奈米金之UV-vis光譜-22
圖2-14奈米金於聚甲基丙烯酸甲酯中的分布情形---------23
圖2-15奈米金-聚甲基丙烯酸甲酯熱處理前(a)及處理後(b)的TEM圖------------------------------------------------------24
圖2-16以接枝高分子球體製備奈米金的情形-------------25
圖3-1製備SAAu、PSA1Au、PSA2Au實驗流程圖-----------33
圖3-2甲基丙烯酸甲酯丙烯酸共聚物與甲基丙烯酸甲酯丙烯酸鈉共聚物之反應式------------------------------------------35
圖3-3甲基丙烯酸甲酯丙烯酸共聚物與甲基丙烯酸甲酯丙烯酸鈉共聚物實驗流程圖----------------------------------------36
圖3-4(A)甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸共聚物-奈米金反應流程圖(B)甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸鈉共聚物-奈米金反應流程圖----------38
圖4-1MA82核磁共振的氫譜---------------------------46
圖4-2PMMA、MA82、MA64和MA46的FTIR圖譜-------------49
圖4-3MS82、PSA2100和MA82的FTIR圖譜----------------50
圖4-4SAAu的TEM圖(放大倍率:20,000倍)------------53
圖4-5PSA1Au的TEM圖(放大倍率:50,000倍)----------53
圖4-6PSA2Au的TEM圖(放大倍率:50,000倍)----------54
圖4-7SAAu的粒徑分布圖-----------------------------56
圖4-8PSA1Au的粒徑分布圖---------------------------57
圖4-9PSA2Au的粒徑分布圖----------------------------------------------57
圖4-10MS82Au的粒徑分布圖----------------------------------------------58
圖4-11SAAu不同反應溫度之奈米金樣本之UV-vis吸收光譜-------63
圖4-12MA64Au之UV-vis吸收光譜---------------------------63
圖4-13比較MS64Au有無添加還原劑之UV-vis吸收光譜------------64
圖4-14MA82、MS82、MA82Au和MS82Au的DSC圖------------------66
圖4-15MA64、MA64Au和MA46的DSC圖--------------------------66
圖4-16MA82與MA82Au的TGA圖------------------------------69
圖4-17MA64與MA64Au的TGA圖------------------------------69
圖A1MA64和MA64Au的FTIR圖譜----------------------------77
圖B1MA82Au之XRD圖---------------------------------------78
圖B2MA64Au之XRD圖--------------------------------------78
圖B3MA64Au-film之XRD圖---------------------------------79
圖C1SAAu之UV-vis吸收光譜------------------------------80
圖C2PSA1Au之UV-vis吸收光譜------------------------------80
圖C3PSA2Au之UV-vis吸收光譜----------------------------81
圖C4MA82Au之UV-vis吸收光譜---------------------------81
圖C5MS82Au之UV-vis吸收光譜---------------------------82
圖C6MS46Au之UV-vis吸收光譜------------------------------82
圖D1MA82的TGA及其一次微分圖--------------------------83
圖D2MA82Au的TGA及其一次微分圖-----------------------83
圖D3MA64的TGA及其一次微分圖----------------------------84
圖D4MA64Au的TGA及其一次微分圖-----------------------84
圖D5MA46的TGA及其一次微分圖----------------------------85

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論文使用權限
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