Synthesis of Mesoporous Silica with Different Morphologies for Application in Smart Window

論文翻譯標題: 合成不同構型之中孔洞氧化矽材料在智慧型玻璃窗應用之研究
  • 李 佩蓁

學生論文: Doctoral Thesis

摘要

本論文研究主旨在於,利用低成本且簡便的方法合成不同構型的中孔洞氧化矽材料,由於中孔洞氧化矽有高比表面積、低體密度及不同孔洞性質,是可以廣泛被應用的材料,因此適合用來作為做為液晶顯示器的添加材,並應用於智慧玻璃窗。 本研究嘗試以PMMA球、SiO2球及nano-CaCO3作為硬模板來合成不同構型的中孔洞氧化矽,利用表面活化法將硬模板球表面活化後,分別使用矽酸鈉及四乙氧基矽烷(TEOS)作為氧化矽源,有效的將模板包覆一層氧化矽球殼,再以鍛燒或酸洗的方法移除模板和表面活化劑後,可成?合成出不同孔洞性質及不同構型之中孔洞氧化矽。以PMMA球為模板,在適當的pH值下與兩種氧化矽源反應,皆可得到中孔洞氧化矽空心球(HSMS),以100°C水熱處理的HSMS結構穩定且孔徑較大。此外,以SiO2球為模板在適當的比例下反應,可得到中孔洞氧化矽實心球(SiO2@MS),並探討改變氧化矽源種類、表面活化劑種類(如:gelatin、非離子型界面活性劑、PEG11000等)及氧化矽塗佈的次數,對SiO2@MS孔洞性質的影響。而以nano-CaCO3為模板,在適當的pH值下與矽酸鈉反應則可合成出有大孔洞的中孔洞氧化矽(LMS),藉由改變nano-CaCO3對矽酸鈉重量比,可調控LMS的比表面積及體密度;嘗試利用不同氧化矽源,亦可合成出高比表面積的LMS。另外,本研究也利用14個碳的陽離子型界面活性劑(C14TABr)和助界面活性劑(丁醇)在特定比例下,和矽酸鈉混合攪拌後,合成出有球中柱及MCM41結構的中孔洞氧化矽球(PWS-MS)。探討酸化速率、總水量、丁醇/C14TABr莫耳比及矽酸鈉添加量對PWS-MS構型的影響,並尋找最佳的合成條件。 由於上述合成出不同構型之中孔洞氧化矽材料(HSMS、SiO2@MS、LMS、PWS-MS)具有高表面積、低體密度及適當的孔徑大小,藉由三甲基氯矽烷進行疏水性官能基修飾後,可與向列型液晶(5CB)均勻混合,形成液晶-氧化矽的混合相,再將其封裝成智慧玻璃窗,探討氧化矽構型、體密度大小及孔洞性質改變對智慧玻璃窗光學性質及散射效應之影響。除了添加材體密度大小及孔洞性質會影響智慧玻璃窗的效能,材料表面疏水性修飾及有無孔洞存在亦是重要因素,有修飾疏水性官能基或有足夠的孔洞率的氧化矽材料可增加液晶-氧化矽的混合溶液的均勻度,也提高添加材在智慧玻璃窗中的分散度,智慧玻璃窗在放置長時間後仍可保有良好的效能。孔洞氧化矽材料會擾亂液晶分子的排列並形成?多散射區塊,使智慧玻璃窗散射光線並呈現霧態,通入電場後液晶分子整齊排列呈現透明態,因此使用不同構型之氧化矽材料可製備出利用電場控制明暗度變化之智慧玻璃窗,具有應用於綠色建材之潛力。
獎項日期2020
原文English
監督員Hong-Ping Lin (Supervisor)

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