系統識別號 | U0002-2408201122264200 |
---|---|
DOI | 10.6846/TKU.2011.00887 |
論文名稱(中文) | 聚乙烯醇-鎢氧化物混成膜之製備與其光致變色行為 |
論文名稱(英文) | Preparation of poly(vinyl alcohol)-tungsten oxide hybrid films and their photochromic behaviors |
第三語言論文名稱 | |
校院名稱 | 淡江大學 |
系所名稱(中文) | 化學工程與材料工程學系碩士班 |
系所名稱(英文) | Department of Chemical and Materials Engineering |
外國學位學校名稱 | |
外國學位學院名稱 | |
外國學位研究所名稱 | |
學年度 | 99 |
學期 | 2 |
出版年 | 100 |
研究生(中文) | 潘威霖 |
研究生(英文) | Wei-Lin Pan |
學號 | 698400214 |
學位類別 | 碩士 |
語言別 | 繁體中文 |
第二語言別 | |
口試日期 | 2011-07-21 |
論文頁數 | 81頁 |
口試委員 |
指導教授
-
張朝欽
委員 - 鄭廖平 委員 - 陳慶鐘 委員 - 游洋雁 |
關鍵字(中) |
鎢氧化物 光致變色 有機無機混成膜 |
關鍵字(英) |
tungsten oxide photochromic organic-inorganic hybrid film |
第三語言關鍵字 | |
學科別分類 | |
中文摘要 |
本實驗利用膠體化學法與析出反應製備出PVA/WO3混成粉末,並將粉末回溶製備成PVA/WO3混成薄膜。藉由析出反應能有效提升薄膜的可見光穿透度。改變鎢氧化物於混成溶液與混成粉末中的含量,利用FTIR、XRD、SEM、TEM與紫外線-可見光光光譜儀探討其結構與光學性質的改變。 從TEM與SEM圖得知,混成粉末中鎢氧化物以奈米級粒子分散於PVA水溶液中,尺寸大小為10~20 nm,且隨鎢酸鈉的添加量的增加,鎢氧化物粒子的尺寸會隨之增大。此外,將混成溶液於室溫下反應九天,鎢氧化物粒子會轉變為立方體的結構,且呈現部分結晶的狀態,尺寸大小為50~100 nm。 PVA/WO3混成薄膜經紫外光線照射後,在620 nm與930 nm的位置會出現兩個吸收峰,隨鎢氧化物含量的增加,吸收峰會有增強的趨勢,但卻會隨反應天數的增加而減弱。 |
英文摘要 |
In this study, PVA/WO3 hybrid powders were prepared by colloid chemistry method and a precipitation process. PVA/WO3 hybrid films were prepared using the precipitated powders. The visible transmittance of the hybrid films can be improved by means of the precipitation process of the powders. By varying the ration of Na2WO4‧2H2O:PVA in the solution, the corresponding structure and photochromic behavior of the film and powder were investigated using FTIR、XRD、SEM、TEM and UV-Vis. WO3 nanoparticles in the 10~20 nm range have been observed in TEM and SEM images. From the observation by TEM, it was found that with the increase of the amount Na2WO4‧2H2O, the size of WO3 nanoparticle was obviously increased. WO3 nanoparticles became cubic nanocrystal with a length of 50~100 nm after aging of 9 days at room temperature. When the hybrid films were irradiated by UV light, two absorption peaks appeared at about 620 nm and 930 nm in the UV-Vis spectra. The absorption intensity increasing the concentration of Na2WO4‧2H2O and decreased with increasing the aging time. |
第三語言摘要 | |
論文目次 |
目錄 中文摘要 I 英文摘要 II 目錄 III 表目錄 VI 圖目錄 VII 第一章 序論 1 1.1 前言 1 1.2 研究動機與目的 3 第二章 文獻回顧 5 2.1 鎢氧化物光致變色材料 5 2.2 三氧化鎢-高分子混成光致變色材料 12 第三章 實驗藥品與儀器 16 3.1 實驗藥品 16 3.2 實驗步驟 17 3.2.1 PVA/鎢氧化物混成溶液之製備 17 3.2.2 PVA/鎢氧化物混成粉末之製備 18 3.2.3 PVA/鎢氧化物混成薄膜之製備 19 3.3 實驗設備與物化性分析鑑定 21 3.3.1 物化性分析鑑定 21 第四章 結果與討論 24 4.1 PVA/WO3混成粉末結構與性質分析 24 4.1.1 元素分析 24 4.1.2 FTIR光譜測試 26 4.1.3 UV-visible光譜測試 30 4.1.4晶體結構分析 31 4.1.5熱重分析性質測試 32 4.1.6微差掃描熱卡計測試 34 4.1.7穿透式電子顯微鏡分析 35 4.2 PVA/WO3混成薄膜結構與性質分析 38 4.2.1 UV-visible-NIR光譜測試 38 4.2.2 晶體結構分析 42 4.2.3 掃描式電子顯微鏡分析 42 4.2.4 能量光譜分析 46 4.3 不同反應條件 47 4.3.1 析出前反應一段時間 47 4.3.2 溶液攪拌狀態注入鹽酸水溶液 60 4.4 刮磨測試 64 4.4.1 退色效應 65 第五章 結論 69 參考文獻 71 附錄A 74 表目錄 表4-1 WPB1~WPB3之元素分析 25 表4-2 不同鎢氧化物含量混成粉末與聚乙烯醇粉末之起始熱裂 33 表4-3 WPA1~WPA3薄膜照射紫外光線前後之 39 表4-4 WPB1~WPB3薄膜照射紫外光線前後之 41 表4-5 WPB1、WPB2與WPB3薄膜表面EDX元素分佈 46 表4-6 WPB2與WPA2-D9-B之元素分析 47 表4-7 WPA2不同反應時間成膜照射紫外光線後 51 表4-8 WPA2-D9-B薄膜照射紫外光線前後之可見光穿透與近紅外光吸收總值表 52 表4-9 PVA、WPB2與WPA2-D9-B之起始熱裂解溫 55 表4-10 WPB2與WPA2-D9-B薄膜表面EDX元素分佈 59 表4-11有攪拌與沒攪拌下加入鹽酸水溶液所製備的WPA2混成薄膜 63 表4-12有攪拌與沒攪拌下加入鹽酸水溶液所製備的WPB2混成薄膜 63 表4-13 WPB2不同尺寸刮刀成膜照射紫外光線前後 64 表A-1 WPB1~WPA2-D9-B之元素分析 78 圖目錄 圖2-1 WO3之單位晶胞圖 6 圖2-2 WO6共用角八面體排列之WO3結晶示意圖 6 圖2-3 三氧化鎢-金表面照射紫外光後電荷轉移示意圖 8 圖2-4 三氧化鎢-氧化鋅薄膜照射紫外光線後內部能階電荷轉移之示意圖 9 圖2-5 不同PH值下製備氧化鎢薄膜之 (A)UV-VIS吸收圖 (B)XRD圖譜。 10 圖2-6 不同草酸濃度下製備WO3薄膜之UV-VIS吸收圖 11 圖2-7 純WO3粉末和草酸誘導下製備的WO3粉末於不同紫外光光線照射時間下之色差圖 11 圖2-8 GPTMS與鎢酸衍生出的有機/無機混成薄膜結構示意圖 12 圖2-9 PVA/WO3混成膜形態模型示意圖 13 圖2-10 PVA/ WO3混成薄膜吸收圖 14 圖2-11 PVA與PVA/ WO3混成薄膜之TGA圖 15 圖2-12 PVA、PVA/ WO3與WO3混成薄膜之XRD繞射圖 15 圖3-1 PVA/鎢氧化物混成溶液製備流程圖 17 圖3-2 PVA/鎢氧化物混成粉末及混成溶液製備流程圖 18 圖4-1 PVA與不同鎢氧化物含量混成粉末照射紫外光線前之FTIR分析圖譜 26 圖4-2 WPB1混成粉末照射紫外光線前後之FTIR分析圖譜 27 圖4-3 WPB2混成粉末照射紫外光線前後之FTIR分析圖譜 28 圖4-4 WPB3混成粉末照射紫外光線前後之FTIR分析圖譜 29 圖4-5 WPA1~WPA3混成溶液稀釋至0.004M之UV-VIS吸收圖 30 圖4-6 WPB1~WPB3混成溶液稀釋至0.004M之UV-VIS吸收圖 31 圖4-7 不同鎢氧化物含量混成粉末之XRD繞射圖 31 圖4-8 不同鎢氧化物含量混成粉末與聚乙烯醇之TGA圖 32 圖4-9 PVA與不同鎢氧化物含量混成粉末之DSC圖 34 圖4-10 WPA1混成溶液之TEM圖 36 圖4-11 WPA2混成溶液之TEM圖 36 圖4-12 WPA3混成溶液之TEM圖 36 圖4-13 WPB1混成溶液之TEM圖 37 圖4-14 WPB2混成溶液之TEM圖 37 圖4-15 WPB3混成溶液之TEM圖 37 圖4-16 WPA1~WPA3薄膜照射紫外光線前之UV-VIS穿透圖 38 圖4-17 WPA1~WPA3薄膜照射紫外光線後之UV-VIS穿透圖 39 圖4-18 WPB1~WPB3薄膜照射紫外光線前之UV-VIS穿透圖 40 圖4-19 WPB1~WPB3薄膜照射紫外光線後之UV-VIS穿透圖 41 圖4-20 聚乙烯醇與不同鎢氧化物含量混成膜之XRD繞射圖 42 圖4-21 WPB1表面之SEM圖 43 圖4-22 WPB1截面之SEM圖 43 圖4-23 WPB2表面之SEM圖 44 圖4-24 WPB2截面之SEM圖 44 圖4-25 WPB3表面之SEM圖 45 圖4-26 WPB3截面之SEM圖 45 圖4-27 PVA、WPB2與WPA2-D9-B混成粉末照射紫外光線前之FTIR分析圖譜 48 圖4-28 WPA2-D9-B混成粉末照射紫外光線前後之FTIR分析圖譜 49 圖4-29 WPA2不同反應時間成膜照射紫外光線前後之UV-VIS穿透圖 50 圖4-30 WPA2-D9-B混成薄膜照射紫外光線前後之UV-VIS穿透圖 52 圖4-31 WPB2-D9薄膜照射紫外光線前後之UV-VIS-NIR穿透圖與反射圖 53 圖4-32 WPB2與WPA2-D9-B混成薄膜之XRD繞射圖 54 圖4-33 PVA、WPB2與WPA2-D9-B之TGA圖 55 圖4-34 PVA、WPB2與WPA2-D9-B混成粉末之DSC圖 56 圖4-35 WPA1-D9-2混成溶液之TEM圖 57 圖4-36 WPA2-D9-B表面之SEM圖 58 圖4-37 WPA2-D9-B截面之SEM圖 58 圖4-38 有攪拌與沒攪拌下加入鹽酸水溶液所製備的WPA2混成薄膜照射紫外光線前後之UV-VIS穿透圖 61 圖4-39 有攪拌與沒攪拌下加入鹽酸水溶液所製備的WPB2混成薄膜照射紫外光線前後之UV-VIS穿透圖 62 圖4-40 WPB2混成薄膜不同厚度的著色率圖 65 圖4-41 WPA2-D9-B混成薄膜不同厚度的著色率圖 65 圖4-42 WPB2混成薄膜之退色測試 67 圖4-43 WPA2-D9-B混成薄膜之退色測試 68 圖A-1 WPB2薄膜表面之EDX分析圖 74 圖A-2 WO3之XRD標準圖譜 74 圖A-3 WO2.9之XRD標準圖譜 75 圖A-4 WO2.72之XRD標準圖譜 75 圖A-5 PVA之熱重分析圖 76 圖A-6 WPB1之熱重分析圖 76 圖A-7 WPB2之熱重分析圖 77 圖A-8 WPB3之熱重分析圖 77 圖A-9 WPA2-D9-B之熱重分析圖 78 圖A-10 WPA1~WPA3薄膜照射紫外光線前之UV-VIS-NIR穿透圖 79 圖A-11 WPA1~WPA3薄膜照射紫外光線後之UV-VIS-NIR穿透圖 79 圖A-12 WPB1~WPB3薄膜照射紫外光線前之UV-VIS-NIR穿透圖 80 圖A-13 WPB1~WPB3薄膜照射紫外光線後之UV-VIS-NIR穿透圖 80 圖A-14 WPB2混成薄膜照光前之光學能隙圖 81 圖A-15 WPA2-D9-B混成薄膜照光前之光學能隙圖 81 |
參考文獻 |
參考文獻 1. T. Yamase, “Photo- and electrochromism of polyoxometalates and related materials”, Chemical Reviews, 1998, 98, 307-325. 2. T. He, J. Yao, “Photochromism of molybdenum oxide”, Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews, 2003, 4, 125-143. 3. T. He, J. Yao, “Photochromism in composite and hybrid materials based on transition-metal oxides and polyoxometalates”, Progress in Materials Science, 2006, 51, 810-879. 4. T. He, J. Yao, “Photochromic materials based on tungsten oxide”, Journal of Materials Chemistry, 2007, 7, 4547-4557. 5. 陳志維,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,淡江大學化學工程與材料工程所碩士論文,2008年。 6. 蕭佩芸,光致變色金屬氧化物-高分子混成薄膜之製備及其近紅外光線吸收性質分析,淡江大學化學工程與材料工程所碩士論文,2009年。 7. K. Bange, “Colouration of tungsten oxide films: A model for optically active coatings”, Solar Energy Materials & Solar Cells, 1999, 58, 1-131. 8. Y. He, Z. Wu, L. Fu, C. Li, Y. Miao, L. Cao, H. Fan, B. Zou, “Photochromism and size effect of WO3 and WO3-TiO2 aqueous sol”, Chemistry of Materials, 2003, 15, 4039-4045. 9. T. He, Y. Ma, Y. Cao, H. Liu, W. Yang, J. Yao, “Comparison between the effects of TiO2 synthesized by photoassisted and conventional sol-gel methods on the photochromism of WO3 colloids”, Journal of Colloid and Interface Science, 2004, 279, 117-123. 10. T. Maiyalagan, B. Viswanathan, “Fabrication, morphology and structural characterization of tungsten oxide nanorods”, Materials Science: An Indian Journal, 2007, 4, 225-229. 11. T. Tatsuma, S. Saitoh, P. Ngaotrakanwiwat, Y. Ohko, A. Fujishima, “Energy storage of TiO2−WO3 photocatalysis systems in the gas phase”, Langmuir, 2002, 18, 7777-7779. 12. M. Sun, N. Xu, Y. W. Cao, J. N. Yao, E.G. Wang, “Nanocrystalline tungsten oxide thin film:Preparation, microstructure, and photochromic behavior”, Journal of Materials Research, 2000, 15(4), 927-933. 13. N. Xu, M. Sun, Y. W. Cao, J. N. Yao, E.G. Wang, “Influence of pH on structure and photochromic behavior of nanocrystalline WO3 films”,Applied Surface Science, 2000, 157, 81-84. 14. Shen Y., Zhu H., Huang R., Zhao L., and Yan S., “Synthesis and photochromic properties of WO3 powder induced by oxalic acid”, Science in China Series B: Chemistry, 2009, 52, 609-614. 15. L. G. Teoh, J. Shieh, W. H. Lai, I. M. Hung, M. H. Hon, “Structure and optical properties of mesoporous tungsten oxide”, Journal of Alloys and Compounds, 2005, 396, 251-254. 16. X. Wei, P. K. Shen, “Electrochromics of single crystalline WO3.H2O nanorods”, Electrochemistry Communications, 2006, 8, 293-298. 17. 姚建年,氧化物半導體薄膜的光電效應及其應用,感光科學與光化學,第四期,1997年。 18. S. Katayama, N. Yamada, K. Kikuta, M. Awano, “Synthesis and Photochromism of Organosiloxane-Based Organic/Inorganic Hybrid Containing an Inorganic Component Derived from Tungstic Acid”, Journal of the ceramic Society of Japan, 2006, 114, 114-119. 19. S. Yano, K. Kurita, K. Iwata, T. Furukawa, M. Kodomari, “Structure and properties of poly(vinyl alcohol)/tungsten trioxide hybrids”, Polymer, 2003, 44, 3515-3522. 20. M. Boukriba, F. Sediri, N. Gharbi, “Hydrothermal synthesis of WO3.1/3H2O nanorods and study of their electrical properties”, Polyhedron, 2010, 29, 2070-2074. 21. S. Salmaoui, F. Sediri, N. Gharbi, “Characterization of h-WO3 nanorods synthesized by hydrothermal process”, Polyhedron, 2010, 29, 1771-1775. 22. Y. Bi, D. Li, H. Nie, “Preparation and catalytic properties of tungsten oxides with different morphologies”, Materials Chemistry and Physics, 2010, 123, 225-230. 23. M. Deepa, A. K. Srivastava, M. Kar, S. A. Agnihotry, “A case study of optical properties and structure of sol–gel derived nanocrystalline electrochromic WO3 films”, Journal of Physics D: Applied Physics, 2006, 1885-1893. 24. S. V. Chong, B. Ingham, J. L. Tallon, “Novel materials based on organic–tungsten oxide hybrid systems I: synthesis and characterization”, Current Applied Physics, 2004, 4, 197-201. |
論文全文使用權限 |
如有問題,歡迎洽詢!
圖書館數位資訊組 (02)2621-5656 轉 2487 或 來信