以電紡沉積法製備二氧化鈦酸鹼度感測器之研究

摘要

本研究係以電紡法製備二氧化鈦/氟摻氧化錫(TiO2/FTO )薄膜作為延伸式閘極，並結合場效電晶體製作pH感測元件，旨在探討製備變因，包括：電紡液之PVP添加、工作電壓、射出流率、電紡收集時間及丙酮浸泡等條件對所得TiO2/FTO薄膜形態、結構及片電阻之影響，並進一步探討各元件之pH感測特性。為進一步評估元件使用之穩定性及量測準確度，以最佳元件進行感測溫度、鈉離子共存干擾、遲滯及時漂等效應之探討。 實驗結果顯示，製備變因對TiO2/FTO薄膜之表面性質影響甚鉅，進而影響所得元件之pH感測特性，當電紡液未添加PVP時，電紡後沉積形成TiO2奈米粒子(TiO2 NP)；當添加5% PVP時，則形成TiO2 奈米絲 (TiO2 NF )。隨著電紡工作電壓之增大，TiO2 NP粒徑亦增大，且逐漸形成中空珠狀；而TiO2 NF則於工作電壓為10 kV時呈現一最小絲徑。當收集時間增長時，TiO2 沉積量隨之增加，雖然可增加感測膜表面之活性座，但亦造成膜層片電阻之增大，不利於電訊之傳遞。另外，以丙酮液浸泡處理TiO2 NF / FTO薄膜，可增加紡絲間、紡絲與FTO間之黏結性，進而降低膜電阻。 由pH感測結果得知，TiO2沉積量與膜電阻是決定元件pH感測靈敏度之關鍵因素。TiO2 NF/FTO、TiO2 NP/FTO兩系列元件之最適射出流率為0 3 ml/h，收集時間為3 min，?燒溫度為500 oC，而兩者之最佳工作電壓則分別為5、10 kV。在20 oC下，最佳TiO2 NF/FTO元件在pH 2~12間之感測靈敏度為75 16 mV/pH，線性度為0 9992；而最佳TiO2 NP/FTO元件之靈敏度更高達79 73 mV/pH，線性度為0 9965；兩元件對pH之感測均呈現super-Nernstian特性。 實驗結果亦顯示，TiO2 NF/FTO及TiO2 NP/FTO元件之靈敏度與感測溫度大致呈線性正向關係，且對鈉離子之選擇性佳；而遲滯電位分別為62 66 、61 4 mV。另外，TiO2 NF/FTO元件之時漂速率甚小，於 pH 2、7、12下分別為0 71 、1 15、0 87 mV/h，顯示此元件具備長時間使用之穩定性。 綜上所述，以電紡法製備TiO2/FTO感測元件，無論中空珠狀或絲狀TiO2膜，對pH量測均展現良好之感測性能，具有應用開發價值。

獎項日期	2017 8月 29
原文	???core.languages.zh_ZH???
監督員	Huey-Ing Chen (Supervisor)