奈米技术实习第二次报告.PDF

奈米技術實習第二次報告 南台科技大學 機械工程系 奈米三甲 組長：蔡玟萱(學 組員：王郁婷(學 謝侑達 (學 陳昱銘 (學 劉佳泓(學 實習題目：水熱法奈米管製程與 TEM觀測 實習日期： 2010/10/4 、11 、25 第 1頁 一、緣由 現今科技進步發達，光觸媒已不再是用來消毒殺菌而已，其用途已遍及化妝品 甚至是電子產品 ，也證明了光觸媒的重要性。此次實驗目的為了解光觸媒製作過程和 反應機制，以及實驗在分解反應時所要的條件。光觸媒一般要在紫外線光下才會有大 量的反應，本實驗用較無傷害人體的二氧化鈦，讓二氧化鈦製作成奈米光觸媒並且經 過改質，在一般可見光下進行反應，讓改質過的二氧化鈦光觸媒與鉀基藍液產生反應 ，最後觀察記錄光觸媒的反應過程。 二、原理 水熱法： 所謂水熱法，是指一種在密閉容器內完成的濕化學方法，以水作介質，外加適 當的溫度，在密閉的反應器內產生壓力，進行反應。水熱法製作化合物的步驟，是先 將反應物與水放入反應器內，將反應器密閉後，放入加熱爐中，把溫度加熱到水的沸 點和臨界點之間，放置一段時間後，將反應後的反應物進行過濾，再清洗烘乾進而觀 察。其最大優點是不經高溫即可得到結晶粉末，省去研磨所帶來的雜質。這些得到的 粉末粒度範圍平均已達到數奈米等級，且具備粒徑小、分佈均勻之優點 。 微波電漿改質： 電漿之生成，是以電場使氣體崩潰 ，微波電漿是一種不需電極及發熱體的電漿 反應系統，一般使用微波裝置的電子管磁控管( )來產生微波源，由微波當主能量供應 導入反應室，經導波管傳送特定震盪模式的微波，透過石英玻璃或介質窗導入電漿 第 2頁 中，電場將匯入的氣體崩潰產生電子與離子，這些電子受微波或射頻等電磁場加速， 碰撞氣體產生更多離子與電子，引發連續的電離，當這些物種產生與損耗達平衡時， 就可產生穩定的電漿，而電漿處於高能量狀態，其化學反應性極高，因此使得電漿在 材料改質上有很大的助益。 光觸媒降解： 化學中光觸媒是指能夠加速光化學反應的催化劑。常用的光觸媒有磷化鎵、砷 化鎵等等。最廣泛使用的是二氧化鈦，它是靠光的能量來進行消毒、殺菌。光觸媒的 原理是當原子的電子吸收一定能量後，會躍升到傳導帶，因此針對不同的光觸媒使用 不同的波長光照射，讓它們在價電子帶電子躍升，而原本電子存在之處就會變成一個 帶正電的電洞，其具有極高的氧化能力，水會解離成氫氧離子 (OH-)和氧離子 (H-) ，在 光觸媒顆粒表面的氫氧離子會被電洞氧化成氫氧自由基(OH ‧) ，而氫氧自由基會從其 他的有機物搶電子，被搶走電子的有機物會因失去鍵結能力而降解成更小的分子 (如圖 一) ，如二氧化碳、水。 圖一 光觸媒降解 第 3頁 三、實驗方法 利用秤克機量秤 出2g氫氧化鈉 (如圖二) ，放入鐵芙蓉管，再加水至試管中 (水 約8 分滿) ，再秤出2g 二氧化鈦放入管中，此時放入管中的水跟氫氧化鈉結合，會放 出少許的熱，將管子均勻搖晃呈乳白色狀 (如圖三) ，再放入水熱器中以150度 C煮 約3 天。 -實驗日期 2010/10/4 圖 二秤克機 圖 三氫氧化鈉 +水 取出上回放入水熱器的鐵芙蓉管，準備漏斗和量杯(1 大1 小) ，並將大量 杯裝 350CC的溫水 飲水機( -RO逆滲透水) ，把管內氫氧化鈉跟二氧化鈦的混和物 (有沉澱 物) ，加入大量杯中 (鐵芙蓉管內的沉澱物亦加入) ，大量 杯均勻攪拌至飽和狀態，再將 一張過濾紙對折放在漏斗上，將漏斗放在小量杯上，慢慢地將大量杯的物質倒入 ，將 過濾之二氧化鈦留在紙上(如圖四 ) ，過濾兩物體後分開放，取出鍍碳銅試片，