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 U0002-2207201014553400
中文論文名稱 氯化銀薄膜的製造、晶態與應用
英文論文名稱 Fabrication, Morphology and Application of Silver Chloride Films
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 機械與機電工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering
學年度 98
學期 2
出版年 99
研究生中文姓名 施承志
研究生英文姓名 Cheng-Chih Shih
學號 697370236
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2010-06-04
論文頁數 92頁
口試委員 指導教授-林清彬
委員-李勝隆
委員-林景崎
委員-林清彬
中文關鍵字 氯化銀  晶態  成長動力學  活化能 
英文關鍵字 silver chloride  morphology  growth kinetics  activation energy 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 本研究提出了一種新穎的氯化銀薄膜製作方法,將氯化鈉溶液與固態硝酸銀溶液反應製得析出型氯化銀薄膜,且使用粉末熔融凝固的方法製得氯化銀平板,並探討不同燒結溫度及時間對兩者薄膜晶態之變化。析出型氯化銀薄膜的晶態,下表面型態為幅射狀之多孔棒狀結構,上表面型態為近等軸晶粒。析出型氯化銀薄膜在較高燒結溫度才有較顯著之界面擴散效應,低溫燒結以擴散控制成長,其界面控制活化能約50.2kJ/mol,擴散控制活化能約9.84kJ/mol。氯化銀平板經空冷後的晶態可區分為放射狀、羽毛狀、羽毛柱狀晶;爐冷則會形成晶粒大具羽毛狀的晶態,晶態主要受溫度梯度影響。氯化銀平板的燒結成長機制則是以擴散控制為主,擴散控制所需之活化能約4.2kJ/mol,界面控制活化能約12.6kJ/mol。在應用上,結合析出型氯化銀薄膜與氯化銀平板,製造具多孔性結構且具光回收之染料敏化太陽能電池(DSSC)電極,氯化銀平板對ITO玻璃的潤濕性與鍵結良好,但析出型氯化銀薄膜下表面的多孔性結構卻因熱量而成長,顆粒間彼此頸合融合導致孔隙數量減少。
英文摘要 This study proposes a novel method of fabricating silver chloride films by the precipitation of sodium chloride aqueous solution and solid-state silver nitrate aqueous solution .Bulk-type silver chloride film was obtained by melting and solidification of silver chloride powder. The effect of different sintering temperature and time to the morphology of both silver chloride films was discussed. The morphology of the precipitation-type AgCl bottom-surface is full of radial porous stick structure ,and the top-surface is composed of equiaxed grains. For precipitation-type AgCl films, the interface diffusion shows remarkable effect only at high sintering temperatures while diffusion-controlled growth is predominant at low sintering temperatures. The activation energy of interface-controlled growth of precipitation-type AgCl film is calculated to be approximately 50.2kJ/mol ,and 9.84 kJ/mol for diffusion controlled growth. The morphology of bulk-type AgCl after air-cooling can be identified as radial grains, feather-like grains and feather-like columnar grains. Large grains with feather-like morphology were formed under furnace-cooling. The morphology of Bulk-type AgCl is dominated greatly by temperature gradient. The growth mechanism of sintered bulk-type AgCl is mainly focused on diffusion-controlled growth, which has the activation energy of 4.2 kJ/mol, while the interface-controlled growth activation energy is about 12.6 kJ/mol. Precipitation-type and bulk-type AgCl films are combined to be manufactured as Dye-Sensitized Solar Cells electrodes, which have porous structures and light-recycling ability. Bulk-type AgCl and ITO glass perform extraordinary wettability and bonding. However, the porous structures grow due to heat and inter-particle necking occurs ,which decreases the quantity of voids.
論文目次 總目錄
總目錄 III
圖目錄 VII
表目錄 XI
符號說明 XII
壹、導論 1
1-1前言 1
1-2文獻回顧 2
1-2.1結晶概論 2
1-2.2微溶物系晶體成核與成長 3
1-2.2.1 成核機制 3
1-2.2.2 均質成核 4
1-2.2.3 異質成核 5
1-2.2.4 二次成核 6
1-2.2.5成長機制 6
1-2.3成長動力學 7
1-2.3.1擴散控制成長 8
1-2.3.2界面控制成長 9
1-2.4燒結理論 10
1-2.4.1燒結原理與驅動力 10
1-2.4.2傳遞機構 11
1-2.4.3粗化與緻密化 12
1-2.4.4燒結活化能 12
1-2.5凝固結晶 13
1-2.6氯化銀特性與應用 15
1-2.7氯化銀薄膜製造方法 17
1-2.7.1蒸鍍法 17
1-2.7.2濺鍍法 17
1-2.7.3溶膠-凝膠法 18
1-2.7.4輥軋法 18
1-2.8染料敏化太陽能電池薄膜電極 19
1-3研究範疇 20
貳、實驗步驟 28
2-1實驗材料與設備 28
2-1.1實驗材料 28
2-1.2實驗設備 28
2-2實驗程序 29
2-2.1析出型氯化銀薄膜實驗 29
2-2.1.1析出型氯化銀薄膜的製作 29
2-2.1.2析出型氯化銀薄膜的燒結 31
2-2.2氯化銀平板實驗 31
2-2.2.1氯化銀粉末的製作 31
2-2.2.2氯化銀平板的製作 32
2-2.2.3氯化銀平板的燒結 32
2-2.3應用於染料敏化太陽能電池之氯化銀薄膜電極製作 33
参、結果與討論 34
3-1析出型氯化銀薄膜的製作 34
3-2析出型氯化銀薄膜的燒結 37
3-3析出型氯化銀薄膜之燒結活化能 40
3-4氯化銀平板的製作 42
3-5氯化銀平板的燒結 45
3-6氯化銀平板之燒結活化能 46
3-7氯化銀薄膜電極之顯微結構 46
肆、結論 85
伍、參考文獻 87

圖目錄
圖1-1. 結晶的準安定域 21
圖1-2. 核半徑r與自由能 的關係 21
圖1-3. 結晶表面的晶階與結點 22
圖1-4. 平板析出物的擴散控制成長 (a)示意圖; (b)組成對距離之變化 23
圖1-5. 平板析出物的界面控制成長 (a)初期; (b)後期 24
圖1-6. 燒結的傳遞機構 25
圖1-7. 液體與固體的自由能-溫度曲線 26
圖1-8. 凝固結晶的溫度-時間之冷卻曲線 26
圖1-9. AgCl/Ag-NP (NanoParticle)、AgCl與氮摻雜TiO2的UV/可見光的漫射-反射光譜 27
圖3-1. 析出型氯化銀薄膜之XRD分析(a)上表面;(b)下表面;(c)標準繞射圖譜 49
圖3-2. 析出型氯化銀薄膜之形成機制示意圖 50
圖3-3. 析出型氯化銀薄膜於不同浸泡時間之上表面形態SEM 照片 (a)10分鐘;(b)12小時;(c)24小時 51
圖3-4. 析出型氯化銀薄膜於不同浸泡時間之下表面形態SEM照片 (a)10分鐘;(b)12小時;(c)24小時 52
圖3-5. 析出型氯化銀薄膜於不同浸泡時間之剖斷面形態SEM照 片 (a)10分鐘;(b)12小時;(c)24小時 53
圖3-6. 析出型氯化銀薄膜於不同溫度燒結一天之上表面形態SEM照片 (a)25℃;(b)100℃;(c)200℃;(d)300℃;(e)400℃;(f)440℃ 54
圖3-7. 析出型氯化銀薄膜未經燒結及經過100℃、200℃、300℃、400℃、440℃一天燒結後之晶粒尺寸 55
圖3-8. 析出型氯化銀薄膜於不同溫度燒結一天之下表面形態SEM照片 (a)25℃;(b)100℃;(c)200℃;(d)300℃;(e)400℃;(f)440℃ 56
圖3-9. 析出型氯化銀薄膜於不同溫度燒結一天之剖斷面形態SEM照片 (a)25℃;(b)100℃;(c)200℃;(d)300℃;(e)400℃;(f)440℃ 57
圖3-10. 析出型氯化銀薄膜於440℃燒結不同天數之上表面形態SEM照片 (a)1天;(b)2天;(c)3天;(d)4天;(e)5天;(f)6天;(g)7天;(h)8天 58
圖3-11. 析出型氯化銀薄膜於440℃、400℃、300℃、200℃燒結不同天數之晶粒尺寸 60
圖3-12. 析出型氯化銀薄膜於440℃燒結不同天數之下表面形態 SEM照片 (a)1天;(b)2天;(c)3天;(d)4天;(e)5天;(f)6天;(g)7天;(h)8天 61
圖3-13. 析出型氯化銀薄膜440℃燒結不同天數之剖面形態SEM照片 (a)1天;(b)2天;(c)3天;(d)4天;(e)5天;(f)6天;(g)7天;(h)8天 62
圖3-14. 析出型氯化銀薄膜進行燒結,晶粒尺寸增量對飽合尺寸增量之比值對時間之變化及曲線配合圖 63
圖3-15. 析出型氯化銀薄膜燒結晶粒成長之Arrhenius圖 65
圖3-16. AgCl粉末之TEM照片 66
圖3-17. AgCl粉末之XRD分析 (a)AgCl粉末;(b)標準繞射圖譜 67
圖3-18. 高溫爐空冷、爐冷降溫曲線 68
圖3-19. 氯化銀粉末加熱至500℃熔融後空冷之OM照片 69
圖3-20. 氯化銀粉末加熱至600℃熔融後空冷之OM照片 70
圖3-21. 氯化銀粉末加熱至700℃熔融後空冷之OM照片 71
圖3-22. 氯化銀粉末加熱至500℃熔融後爐冷之OM照片 72
圖3-23. 氯化銀粉末加熱至600℃熔融後爐冷之OM照片 73
圖3-24. 氯化銀粉末加熱至700℃熔融後爐冷之OM照片 74
圖3-25. 氯化銀平板於440℃、400℃、300℃、200℃燒結1~8天之晶粒尺寸 76
圖3-26. 氯化銀平板燒結,晶粒尺寸增量對飽合尺寸增量之比值對時間之變化及曲線配合圖 77
圖3-27. 氯化銀平板燒結晶粒成長之Arrhenius圖 79
圖3-28. 傳統以TiO2為電極之DSSC結構示意圖 80
圖3-29. 析出型氯化銀薄膜下表面棒狀立體多孔性結構 (a)上視; (b)側視 81
圖3-30. 以AgCl為電極之DSSC結構示意圖 82
圖3-31. 析出型氯化銀薄膜UV光照射24小時後之XRD分析 (a)析出型氯化銀薄膜UV光照射24小時;(b)銀標準繞射圖譜;(c)氯化銀標準繞射圖譜 83
圖3-32. 析出型氯化銀薄膜 /氯化銀平板接合界面之SEM照片 84


表目錄
表3-1. 析出型氯化銀薄膜未經燒結及經過100℃、200℃、300℃、400℃、440℃一天燒結後之晶粒尺寸 55
表3-2. 析出型氯化銀薄膜於440℃、400℃、300℃、200℃燒結不同天數之晶粒尺寸 59
表3-3. 析出型氯化銀薄膜燒結之CaseI擴散係數(D)及CaseII擴散速率(v) 64
表3-4. 析出型氯化銀薄膜燒結之擴散控制活化能(ED)及界面控制活化能(Ev) 65
表3-5. 氯化銀平板於440℃、400℃、300℃、200℃燒結不同天數之晶粒尺寸 75
表3-6. 氯化銀平板燒結之CaseI擴散係數(D)及CaseII擴散速率(v) 78
表3-7. 氯化銀平板燒結之擴散控制活化能(ED)及界面控制活化能(Ev) 79

參考文獻 [1] Z. Y. Chen, ”Crystal growth kinetics of calcium carbonate in a fluidized bed” (1995), pp.12-17
[2] J. W. Mullin, “Crystallization” 3rd edition, Butterworih-Heinemann, Oxford (1993)
[3]林全明, ”晶體成長模式中參數之決定” (1991), pp.4-5
[4] J. Nývlt, O. Söhnel, M. Matuchova, and M. Broul, “The Kinetic of Industrial Crystallization”, Academia Prague-Elsevier Amsterdam (1985)
[5] R. E. Reed-Hill, “Physical Metallurgy Principles”, D. Van Nostrand Company (1973), pp.496-514
[6] N. A. Clontz, R. T. Johnson, W. L. McCabe and R.W. Rousseau, ”Growth of magnesium sulfate heptahydrate crystals from solution”, Industrial and Engineering Chemistry Fundamentals 11 (3) (1972), pp.368-373
[7]中井資原/著,張本義/譯 ,”最新晶析理論操作”,復漢出版社(1987),pp.50-53
[8] A. A. Noyes and W. R. Whitney, ”The rate of solution of solid substances in their own solutions”, J. Am. Chem. Soc. 19 (1897), pp.930-934
[9] J. Garside, “The concept of effectiveness factors in crystal growth”, Chemical Engineering Science 26 (9) (1971), pp.1425-1431
[10] R. E. Reed-Hill, “Physical Metallurgy Principles”, D. Van Nostrand Company (1973), pp.504-514
[11] W. C. Hou, ”Photocatalytic Degradation of 4-Chlorophenol on Combined Semiconductor in Aqueous Suspensions” (2002), pp.10-15
[12]蘇英源與郭金國,”粉末冶金學”, 全華科技圖書股份有限公司(2001),pp.6-1– 6-3
[13]A. L. Petrou and M. Economou-Eliopoulos, “The activation energy values estimated by the Arrhenius equation as a controlling factor of platinum-group mineral formation”, Geochimica et Cosmochimica Acta 73 (2009), pp.1625-1636
[14]M. J. Wu, ”Effects of Silicon Powder Addition and Sigma Phase Precipitation on the Properties of Sintered 303LSC Stainless Steel” (2005), pp.28-29
[15]G. Strobl et al., ”Progress in Understand of Polymer Crystallization”, Springer (2007)
[16] H. C. Kremers, ”Optical Silver Chloride”, Journal of The Optical Society of America, vol. 37, number 5 (1947), pp.337-341
[17] D. H. Anderson and O. E. Miller, ”Silver Chloride Beam Condensing Lens System for Micro Infrared Measurements”, Journal of The Optical Society of America, vol. 43, number 9 (1953), pp.777-779
[18]呂宗昕,”圖解奈米科技與光觸媒”,商周出版 (2003),pp.172-175
[19]M. J. Choi, K. H. Shin, J.S. Jang, ”Plasmonic photocatalytic system using silver chloride/silver nanostructures under visible light”, Journal of Colloid and Interface Science 341 (2010), pp.83-87
[20]D. Schürch, A. Currao, S. Sarkar, G. Hodes, and G. Calzaferri, “The Silver Chloride Photoanode in Photoelectrochemical Water Splitting”, J. Phys. Chem. B 2002, 106 (2002), pp. 12764-12775
[21] S. Ito, H. Hachiya, K. Baba, Y. Asano and H. Wada, ”Improvement of the silver/silver chloride reference electrode and its application to pH measurement”, Talanta 42 (1995), pp. 1685-1690
[22] A. W. J. Cranny and J. K. Atkinson, ”Thick film silver–silver chloride reference electrodes”, Meas. Sci. Technol. 9 (1998), pp.1557-1565
[23] H. R. Kim, Y. D. Kim, K. I. Kim, J. H. Shim, H. Nam and B. K. Kang, ”Enhancement of physical and chemical properties of thin film Ag/AgCl reference electrode using a Ni buffer layer”, Sensors and Actuators B 97 (2004), pp.348-354
[24] H. Haefke, R. Mattheis and M. Krohn, “Thin Film Growth of AgCl on NaCl(001)”, Thin Solid Films, 195 (1991), pp.225-235
[25] S. Mühlherr, K. Läuger, E. Schreck, K. Dransfeld, and N. Nicoloso, “The Ionic Conductivity Profile of Thin Evaporated AgCl Films on a Planar Sapphire Substrate“, Solid State Ionics, 28-30 (1988), pp.1495-1505
[26] A. Belkind , E. Ezell, M. Dror, W.A. Luo, J. R. Jacobs and M. G. Lagally, ”Compositional and Morphological Analysis of AgCI Films Deposited by Evaporation and R.F. Sputtering”, Thin Solid Films, 142 (1986), pp.113-125
[27] M. Zayat, D. Einot and R. Reisfeld, ”In-Situ Formation of AgCl Nanocrystallites in Films Prepared by the Sol-Gel and Silver Nanoparticles in Silica Glass Films”, Journal of Sol-Gel Science and Technology, 10 (1997), pp.67-74
[28] P. Fugassi and D. S. McKinney, ”The Preparation of Silver Chloride Films”, R. S. I., vol. 13 (1942), pp.335-337
[29] S. Phadke, J. D. Sorge, S. Hachtmann and D. P. Birnie III, ”Broad band optical characterization of sol–gel TiO2 thin film microstructure evolution with temperature”, Thin Solid Films, vol. 518, issue 19 (2010), pp.5467-5470
[30] S. Janitabar-Darzi, A. R. Mahjoub and A. Nilchi, ”Investigation of structural, optical and photocatalytic properties of mesoporous TiO2 thin film synthesized by sol–gel templating technique”, Physica E 42 (2009), pp.176-181
[31] J. Marugán , P. Christensen , T. Egerton and H. Purnama, ”Synthesis, characterization and activity of photocatalytic sol–gel TiO2 powders and electrodes”, Applied Catalysis B: Environmental 89 (2009), pp.273-283
[32] C.Y. Huang, Y.C. Hsu et al., ”The effects of hydrothermal temperature and thickness of TiO2 film on the performance of a dye-sensitized solar cell”, J. Solar Energy Materials & Solar Cells, vol. 90 (2006), pp.2391-2397
[33] S. Nakade, M. Matsuda, S. Kambe, Y. Saito, T. Kitamura, T. Sakata, Y. Wada, H. Mori and S. Yanagida, ”Dependence of TiO2 nanoparticle preparation methods and annealing temperature on the efficiency of dye-sensitized solar cells”, J. Physical Chemistry B, vol.106, No.39 (2002), pp.10004-10010
[34] S. Hore, C. Vetter, R. Kern, H. Smit and A. Hinsch, ”Influence of scattering layers on efficiency of dye-sensitized solar cells”, J. Solar Energy Materials & Solar Cells, vol.90 (2006), pp.1176-1188
[35] I. C. Flores, J. N. de Freitas, C. Longo et al., ”Dye-sensitized solar cell based on TiO2 nanotubes and a solid-state electrolyte”, J. Photochemistry and Photobiology A:Chemistry, vol.189 (2007), pp.153-160
[36] M. Y. Song, D. K. Kim, K. J. Ihn, S. M. Jo. and D. Y. Kim, ”Electrospun TiO2 electrodes for dye-sensitized solar cells”, J. Nanotechnology, vol.15, No.12 (2004), pp.1861-1865
[37] M. Y. Song, Y. R. Ahn, S. M. Jo, D. Y. Kim and J. P. Ahn,”TiO2 single-crystalline nanorod electrode for quasi-solid-state dye-sensitized solar cells”, J. Applied Physics Letters, vol.87, No.11 (2005), pp.1-3
[38]姜雲鶴,”金屬材料學”,正文書局 (1981), pp.28
[39] H. Z. Zhang and J. F. Banfield, ”New kinetic model for the nanocrystalline anatase-to-rutile transformation revealing rate dependence on number of particles”, American Mineralogist, vol. 84 (1999), pp.528-535
[40] J. P. Harmon, S. Lee, and J. C. M. Li, “Methanol transport in PMMA: the effect of mechanical deformation”, J. Polym. Sci.:A, Polym. Chem. Ed., vol. 25 (1987), pp.3215-3229
[41] J. P. Harmon, S. Lee, and J. C. M. Li, “Anisotropic methanol transport in PMMA after mechanical deformation”, Polymer, vol. 29 (1988), pp.1221-1226
[42] D. R. Askeland, ”The Science and Engineering of Materials”, Thomson-Engineering (1990), pp.303-310
[43] R. W. K. Honeycombe and H. K. D. H. Bhadeshia, ”Steels Microstructure and Properties”,五南圖書出版股份有限公司 (2004), pp.308
[44]劉國雄,林樹均,李勝隆,鄭晃忠,葉均蔚, ”工程材料科學”, 全華科技圖書股份有限公司 (1996), pp.279-302
[45] D. Schürch, A. Currao, S. Sarkar, G. Hodes, and G. Calzaferri, “The Silver Chloride Photoanode in Photoelectrochemical Water Splitting”, J. Phys. Chem. B 2002, 106 (2002), pp.12764-12775
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2015-07-29公開。
  • 同意授權瀏覽/列印電子全文服務,於2015-07-29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