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以金屬氧化物復合材料為基礎之氫氣感測器

為了解決co2 free water is di的問題，作者SHRISHA 這樣論述：

氫氣(H2)因其高度易燃性而被歸屬於有害氣體，當其於大氣下達4-7重量百分濃度時，即具有相當之危險性，存在爆燃的風險，且由於其無色無味，大大提升檢測管線洩漏之難度，也因此奠定了其感測器存在之必要性及重要性。近年來，金屬氧化物由於其優異的化學和物理性質被廣泛應用於此領域，如：ZnO、WO3、TiO2、SnO2、MoS2等。以金屬鎢為基材之複合材料被廣泛應用於感測器氣敏層相關研究中，因其對多種目標有毒氣體具高度之靈敏性。而三氧化鎢(WO3)應用於氫氣感測器之先例，因此本研究之第一部分將專注於還原氧化鎢(WO2.72)於此領域之應用的研究。以三氧化鎢為原材料，應用鍛燒法合成還原氧化鎢奈米粒子(WO

2.72)，並通過FE-SEM、XRD和Raman光譜進行樣品表徵確認。待合成完成，以旋塗方式完成感氣層於SiO2/Si晶圓之塗佈，並完成叉指式電極之沉積。經測試，WO2.72感測器於室溫條件下之感測能力為27%，且具備於500ppm濃度條件下長期穩定性及重複使用性。同時以電子耗盡層理論說明其機制。儘管銫鎢青銅(CsxWO3)已被廣泛應用於其他領域，但其並無作為氫氣感測器氣敏層材料之先例，因此本研究之第二部分延續對金屬鎢為基材之複合材料的研究，欲開發當前尚無相關研究之鎢青銅(MxWO3)於此領域之應用的研究，CsxWO3感測器之製程，以水熱法先行完成銫鎢青銅奈米棒的合成，並透過多項儀器鑑定其物

理性質以確保結構之型態，並以旋轉塗佈之技術將之形成薄層結構於SiO2/Si晶圓之上，完成感氣層製備，隨後完成橫向多指Pt電極，以利後續性能檢測測試。經測試於不同濃度之氫氣(10ppm至500ppm)，測試結果呈現，銫鎢青銅感測器於室溫下具優異的感測性能(31.3%)，並且優於WO3感測器(4.7%)。選擇性測試亦呈現優異結果，於氨氣及二氧化碳測試中僅有極低之響應。此材料具備可靠性、合成方法簡單、濕度影小及選擇性優異等優勢，大大提升其應用之可行性。且與WO3感測器相比，CsxWO3感測器具更為優異的表面吸附能力及更強的活性O2官能基電誘導能力，因而展現了增強的氣敏性。當前CsxWO3感氣層展現優

異的效能，成功證實MxWO3作為金屬氧化物氣體感應器之可行性。於第三部分研究中，成功以溶劑熱法合成新型CsxWO3/MoS2奈米複合材料，再次採用旋轉塗佈之技術，完成於SiO2/Si晶圓形成感氣薄層結構之操作，並以PVD技術沉積設計之叉指式電極完成感測器製備。經測試，CsxWO3/MoS2感測器可於室溫下展現優異的氫氣感測能力，尤其包含15wt.% MoS2 (15 % CsxWO3/MoS2)之奈米複合材料，其感測性能甚至可達51%。此外，因具有高度循環穩定性，更增添其於實際應用的優勢。於本篇之最後一項研究，預期導入先進技術，以Zirconium-based metallic glass n

anotube arrays為基材，於其上透過實驗參數設定，完成氧化鋅(ZnO)奈米棒之生長，並以此材料做為氫氣感氣層之應用。於具contact-hole陣列(孔徑為2 µm)之光阻劑形成之模板上濺鍍沉積metallic glass (Zr60Cu25Al10Ni5)以得異質Zirconium-based metallic glass nanotube arrays，並沉積ZnO種子層以提供成核位點以利於metallic glass nanotube arrays內部生長奈米棒狀結構，其後採水熱法完成ZnO奈米棒之生長，接著濺鍍Pt電極，以利後續性能檢測測試。經實驗證實，Fabricated

Zirconium-based metallic glass nanotube arrays with ZnO nanorods (Zr-ZnO-nanorods)具優異的氫氣傳感性能。

交聯聚苯并咪唑製備與性質探討及陰離子交換 膜燃料電池之應用

為了解決co2 free water is di的問題，作者黃詩雯 這樣論述：

本研究以m-PBI 及2,2'-dimethylpoly(oxyphenylene benzimidazole) (Me-OPBI)為高分子主鏈，並於側鏈導入四級胺基團與末端炔官能基，以進料比、溫度與時間調控陰離子交換膜之離子交換容量與交聯比例，接著利用疊氮-炔環加成反應，將末端炔與1, 3-二疊氮丙烷進行交聯，並探討不同接枝率、交聯程度、交聯時間對於薄膜性質之影響，以及硫醇-烯加成反應與疊氮-炔環加成反應進行交聯後性質之比較。以m-PBI 為主鏈之聚苯并咪唑起初在接枝過程遇溶解度不佳之問題，IEC 若低於2.85 mmol/g 即無法溶於有機溶劑中，將乙基導入結構中可有效改善溶解度，且可調

IEC 範圍可擴大從0.76 至2.65 mmol/g。交聯後之薄膜吸水率介於10-45%，溶脹率為0.3-17%，結果顯示交聯可使尺寸穩定性更佳且有效抑止吸水率，於乾溼膜狀態亦有良好之機械性質。導入乙基後之氫氧根離子傳導率在80°C 下可提升至106.7 mS/cm，並更進一步利用AFM、SAXS 分析薄膜之離子簇尺寸。高IEC之薄膜在60°C 1 M KOH 鹼性環境中720 小時後，80°C 之傳導率還保有大於80%。電池功率的部分，以操作溫度60 ℃、氫氣/氧氣量測下可得到576.9 mWcm-2 之單電池功率密度。將本研究與硫醇-烯加成反應進行交聯後的薄膜比較性質，顯示疊氮-炔環加成

反應進行交聯之薄膜具有良好之熱性質與鹼性穩定性。本研究同時以Me-OPBI 含有醚鏈的主鏈高分子進行薄膜性質之探討，交聯後薄膜之長度與厚度溶脹率分別只有3.2%及5.3%，吸水率只有25%，80 °C 下之陰離子傳導率可達140.2 mS/cm。薄膜在60°C 1 M KOH 鹼性環境中720 小時後，80°C 之傳導率損失小於20%。以上結果顯示本研究所製備之陰離子交換膜具備足夠性質應用於燃料電池。