本研究在室溫下採用溶膠-凝膠法於非質子溶劑(DMAc和DMF)中合成二氧化鈦奈米粒子(約5 nm)；且合成的二氧化鈦溶膠可長期存放(30天)。將可溶性聚亞醯胺與二氧化鈦溶膠依適當比例混合後，藉由旋轉塗佈及多段烘烤(至300 oC)程序製備高折射率聚亞醯胺-二氧化鈦混成薄膜。由FE-SEM可觀察到混成薄膜相當平坦，且二氧化鈦以奈米尺度均勻分布在混成薄膜中，可以避免散射的問題。藉由調控二氧化鈦的含量，在633 nm的折射率可由1.63提升至2.16，顯示具備應用於抗反射塗料及光波導的潛力。

In this study, TiO2 sols with very small particle sizes (~5 nm) were synthesized in an aprotic solvent, N,N-dimethylacetamide (DMAc) and N,N- dimethylformamide (DMF), via sol-gel reaction at room temperature. The TiO2 sol showed long-term storage stability (30 days) and can provide operating control for the preparation of high–refractive–index polyimide-TiO2 hybrid thin films. By means of spin coating and multistep baking (up to 300 oC), the hybrid thin films were prepared from the solutions composed of soluble polyimide and TiO2 sol. The FE-SEM images showed a smooth and uniform morphology of the hybrid thin films. TiO2 domains were in the nanometer range, thus avoiding the light scattering. The refractive indices at 633 nm of the prepared hybrid thin films increase from 1.63 to 2.16 with increasing TiO2 content, which suggested the potential application to anti-reflective coatings and optical waveguides.

本文目錄
中文摘要	I
英文摘要	II
本文目錄	III
圖目錄	VI
表目錄	IX
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	5
第三章 實驗	10
3-1 實驗藥品	10
3-2 實驗步驟	12
3-2-1 可溶性聚亞醯胺BTDA-DMMDA之合成	12
3-2-2 製備二氧化鈦溶膠	15
3-2-3 聚亞醯胺-二氧化鈦混成薄膜之製備	16
3-3 結構與性質鑑定	20
第四章 結果與討論	24
4-1二氧化鈦溶膠性質分析	24
4-1-1 DLS分析	24
4-1-2 UV-Vis光譜分析	27
4-1-3 TEM觀測	29
4-1-4 光催化性質	34
4-2混成薄膜製備與形態結構	35
4-2-1 黏度及膜厚分析	35
4-2-2 表面形態鑑定	40
4-2-3 FTIR鑑定	47
4-3混成薄膜性質分析	48
4-3-1 UV-vis光譜分析	48
4-3-2 XRD分析	50
4-3-3 熱性質分析	51
4-3-4 光學性質	54
4-3-5 接觸角測試	58
4-3-6 附著度及硬度分析	58
4-4長期存放後的二氧化鈦溶膠及聚亞醯胺-二氧化鈦混成薄膜分析	59
4-4-1 DLS分析	59
4-4-2 TEM觀測	62
4-4-3黏度及膜厚分析	64
4-4-4表面形態鑑定	65
4-4-5光學性質	68
第五章 結論	69
參考文獻	71
附錄A	73
附錄B	74
附錄C	75
附錄D	76
附錄E	83




















圖目錄

圖3-1 聚亞醯胺合成反應流程圖	13
圖3-2 聚亞醯胺合成反應之結構流程圖	14
圖3-3 DMAc溶劑下製備二氧化鈦溶膠流程圖	15
圖3-4 DMF溶劑下製備二氧化鈦溶膠流程圖	16
圖3-5 聚亞醯胺-二氧化鈦混成薄膜製備流程圖	17
圖3-6 存放二氧化鈦溶膠之聚亞醯胺-二氧化鈦混成材料流程及命名	19
圖4-1 TDA-sol反應1~6小時粒徑強度分佈情況	25
圖4-2 TDA-sol與TDB-sol粒徑數目分佈情況	25
圖4-3 TFA-sol反應1~6小時粒徑強度分佈情況	26
圖4-4 TFA-sol與TFB-sol粒徑數目分佈情況	26
圖4-5 TDA-sol與TDB-sol液態UV-vis圖	28
圖4-6 TFA-sol與TFB-sol液態UV-vis圖	28
圖4-7 TDA-sol之TEM影像	30
圖4-8 TDB-sol 之TEM影像	31
圖4-9 TFA-sol 之TEM影像	32
圖4-10 TFB-sol 之TEM影像	33
圖4-11 二氧化鈦光催化表現圖	34
圖4-12 不同二氧化鈦含量下塗佈溶液黏度變化圖	37
圖4-13 不同二氧化鈦含量下混成薄膜膜厚變化圖	37
圖4-14 TDB1不同轉速下膜厚變化圖	38
圖4-15 TDB4不同轉速下膜厚變化圖	38
圖4-16 TDB7不同轉速下膜厚變化圖	39
圖4-17 PI薄膜(2000 rpm)之SEM照片	41
圖4-18 TDB4薄膜(1000 rpm)之SEM照片	42
圖4-19 TDB8薄膜(1000 rpm)之SEM照片	43
圖4-20 TDB9薄膜(2000 rpm)之SEM照片	44
圖4-21 TDB10薄膜(2000 rpm)之SEM照片	45
圖4-22不同二氧化鈦含量混成薄膜FTIR圖譜	47
圖4-23 不同二氧化鈦含量混成薄膜UV-Vis圖譜	48
圖4-24 混成薄膜之XRD圖譜	50
圖4-25 聚亞醯胺-二氧化鈦混成薄膜的TGA結果	52
圖4-26 聚亞醯胺-二氧化鈦混成薄膜的TGA一次微分圖	52
圖4-27 以重量百分比表示薄膜的折射率與二氧化鈦含量變化圖	55
圖4-28 以體積百分比表示薄膜的折射率與二氧化鈦含量變化圖	55
圖4-29 薄膜的阿貝數與二氧化鈦含量變化圖	56
圖4-30 不同二氧化鈦含量下混成薄膜之接觸角變化圖	58
圖4-31 TDA-sol長期存放之粒徑變化情況	60
圖4-32 TDB-sol長期存放之粒徑變化情況	60
圖4-33 TFA-sol長期存放之粒徑變化情況	61
圖4-34 TFB-sol長期存放之粒徑變化情況	61
圖4-35 TDA-sol存放30天之TEM影像	63
圖4-36 TDB-sol存放30天之TEM影像	63
圖4-37 TDB9-1薄膜(2000 rpm)之SEM照片	66
圖4-38 TDB9-2薄膜(2000 rpm)之SEM照片	67
圖A-1 TBOT與水依不同莫爾比情況下粒徑強度分佈情況	73
圖B-1 硝酸製備之二氧化鈦溶膠粒徑強度分佈情況	74
圖C-1 TDA-sol反應4小時的TEM影像	75
圖D-1 PI溶液黏度圖	76
圖D-2 TDB1溶液黏度圖	76
圖D-3 TDB2溶液黏度圖	77
圖D-4 TDB3溶液黏度圖	77
圖D-5 TDB4溶液黏度圖	78
圖D-6 TDB5溶液黏度圖	78
圖D-7 TDB6溶液黏度圖	79
圖D-8 TDB7溶液黏度圖	79
圖D-9 TDB8溶液黏度圖	80
圖D-10 TDB9溶液黏度圖	80
圖D-11 TDB10溶液黏度圖	81
圖D-12 TDB9-1溶液黏度圖	81
圖D-13 TDB9-2溶液黏度圖	82
圖E-1 PI不同溫度下UV-vis吸收圖	83
圖E-2 TDB4不同溫度下UV-vis吸收圖	83
圖E-3 TDB10不同溫度下UV-vis吸收圖	84












表目錄

表3-1 聚亞醯胺-二氧化鈦混成薄膜製備與組成成分比例	18
表4-1 二氧化鈦溶膠粒徑	24
表4-2 混成塗佈液與膜厚結果整理	36
表4-3 刮刀製備混成膜的表面型態	46
表4-5 聚醯亞胺-二氧化鈦混成材料之熱裂解溫度及殘餘量	53
表4-6 薄膜的折射率及阿貝數與二氧化鈦含量變化表	57
表4-7 二氧化鈦溶膠長期存放之粒徑變化情況	59
表4-8長期存放二氧化鈦之混成材料結果整理	64
表4-9長期存放二氧化鈦之混成材料折射率	68

1. 張誌民，聚亞醯胺-奈米無機物混成材料之製備與性質分析，淡江大學博士論文，2008年。
2. 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，淡江大學碩士論文，2011年。
3. M. Yoshida, M. Lal, N. Deepakkumar, P. N. Prasad, “TiO2 nano-particle-dispersed polyimide composite optical waveguide materials through reverse micelles”, Journal of Materials Science, 1997, 32, 4047–4051.
4. C. C. Chang, W. C. Chen, “High-refractive-index thin films prepared from aminoalkoxysilane-capped pyromellitic dianhydride–titania hybrid materials”, Journal of Polymer Science: Part A: Polymer Chemistry, 2001, 39, 3419–3427.
5. C. M. Chang, C. L. Chang, C. C. Chang, “Synthesis and Optical Properties of Soluble Polyimide/Titania Hybrid Thin Films”, Macromolecular Materials and Engineering, 2006, 291, 1521–1528.
6. H. W. Su, W. C. Chen, “High refractive index polyimide–nanocrystalline-titania hybrid optical materials”, Journal of Materials Chemistry, 2008, 18, 1139–1145.
7. W. L. Chang, H. W. Su, W. C. Chen, “Synthesis and properties of photosensitive polyimide–nanocrystalline titania optical thin films”, European Polymer Journal, 2009, 45, 2749–2759.
8. G. S. Liou, P. H. Lin, H. J. Yen, Y. Y. Yu, T. W. Tsai, W. C. Chen, “Highly flexible and optical transparent 6F-PI/TiO2 optical hybrid films with tunable refractive index and excellent thermal stability”, Journal of Materials Chemistry, 2010, 20, 531–536.
9. Y. W. Wang, W. C. Chen, “Synthesis, properties, and anti-reflective applications of new colorless polyimide-inorganic hybrid optical materials”, Composites Science and Technology, 2010, 70, 769–775.
10. G. S. Liou, P. H. Lin, H. J. Yen, Y. Y. Yu, W. C. Chen, “Flexible nanocrystalline-titania/polyimide hybrids with high refractive index and excellent thermal dimensional stability”, Journal of Polymer Science: Part A: Polymer Chemistry, 2010, 48, 1433–1440.
11. Y. Y. Yu, W. C. Chien, T. W. Tsai, H. H. Yu, “Synthesis of soluble polyimide/silica–titania core–shell nanoparticle hybrid thin films for anti-reflective coatings”, Materials Chemistry and Physics, 2011, 126, 962–972.
12. Y. Y. Yu, W. C. Chien, J. M. Lin, H. H. Yu, “High transparent polyimide/titania multi-layer anti-reflective hybrid films”, Thin Solid Films, 2011, 519, 4731–4736.
13. Y. Y. Yu, W. C. Chien, T. H. Wu, H. H. Yu, “Highly transparent polyimide/nanocrystalline-titania hybrid optical materials for antireflective applications”, Thin Solid Films, 2011, 520, 1495–1502.
14. J. G. Liu, Y. Nakamura, T. Ogura, Y. Shibasaki, S. Ando, M. Ueda, “Optically transparent sulfur-containing polyimide-TiO2 nanocomposite films with high refractive index and negative pattern formation from poly(amic acid)-TiO2 nanocomposite film”, Chemistry of Materials, 2008, 20, 273–281.
15. C. C. Chang, L. P. Cheng, F. H. Huang, C. Y. Lin, C. F. Hsieh, W. H. Wang, “Preparation and characterization of TiO2 hybrid sol for UV-curable high-refractive-index organic–inorganic hybrid thin films”, Journal of Sol-Gel Science and Technology, 2010, 55, 199–206.
16. C. C. Chang, L. P. Cheng, C. Y. Lin, Y. Y. Yu, “Preparation and characterization of TiO2 sols and their UV-cured hybrid thin films on plastic substrates”, Journal of Sol-Gel Science and Technology, 2012, 63, 30–35.