[[alternative]]Dispersion behavior of indium-tin-oxide powders

碩士[[abstract]]本研究已探討ITO及摻雜3.8at%與6at% Ni之ITO粉末在(1)KH-570及(2)PEG+PVP+乙醇胺的界面改質劑中，分別與無水乙醇及異丙醇溶劑藉由球磨調製成分散溶液，並觀察粉末在分散溶液之分散行為。 實驗結果:(一)使用溶解度參數與PVP及PEG相近之異丙醇，可有效防止分散溶液產生凝膠作用；(二)經由FTIR分析：(1)使用KH-570當界面改質劑，易與ITO顆粒間產生COH鍵結，顯現出空間位阻效果，在球磨時間為五小時時可以達到較佳的分散效果，但長時間的球磨，由於包覆ITO顆粒的KH-570長鏈易產生相互糾結，因而導致顆粒再次團聚現象。(2)使用PEG+PVP+乙醇胺界面改質劑時， PVP、PEG及乙醇胺與ITO並無產生新的鍵結，藉由空間位阻效果，在球磨時間三小時會有最佳分散效果，但球磨時間過長時，易使界面改質劑的分子鏈產生橋接而形成凝絮現象，因而導致顆粒再次團聚現象。[[abstract]]The dispersion behavior of the ball-milled colloid consists of the ITO and 3.8at and 6at% Ni-doping ITO powder dispersed into the solution of the KH-570 and PEG + PVP + ethanolamine mixing with ethanol and isopropyl alcohol, respectively was investigated. Experimental results showed that the isopropyl alcohol can effectively prevent the dispersion solution from gelating due to its solubility parameter are similar to PVP and PEG. Through FTIR analysis, the KH-570 interface modifier can produce a new COH bonding with OH functional basis on the surface of the ITO particles and can achieve better dispersion effect for 5 ball-milling hours, but for a long time easy to produce entanglement obviously between KH-570 molecular chains resulting in particle agglomeration again. For the PEG + PVP + ethanolamine interface modifier, no new bonding formed and we can get the best dispersion effect for 3 ball-milling hours, but too long ball-milling time easily generated the agglomeration of the particles again.[[tableofcontents]]總目錄 中文摘要.................................................Ⅰ 英文摘要.................................................Ⅱ 總目錄...................................................Ⅲ 圖目錄...................................................Ⅶ 壹、導論..................................................1 1.1前言...............................................1 1.2文獻回顧.........................................1 1.2.1 ITO材料簡介...................................1 1.2.2 ITO電學性質...................................2 1.2.3 ITO光學性質...................................3 1.2.4 ITO 應用領域..................................4 1.2.5奈米粉體團聚與分散.............................6 1.2.5.1 奈米粉體團聚性...........................6 1.2.5.2 奈米粉體的分散穩定機制...................7 1.2.5.3奈米粉體的分散............................9 1.2.5.3.1 物理性奈米粉體分散法................9 1.2.5.3.2 化學性奈米粉體分散法...............11 1.2.5.3.3 奈米粉體的表面改性.................12 1.2.5.4 ITO分散.................................15 1.3研究動機..........................................17 貳、實驗步驟..............................................29 2.1 實驗材料與設備....................................29 2.1.1實驗材料.......................................29 2.1.2實驗設備.......................................29 2.2 ITO奈米粉體製作...................................30 2.3 ITO奈米粉體分散實驗...............................30 2.3.1 以KH-570介面改質劑............................30 2.3.2 以PEG、PVP及乙醇胺為介面改質劑................31 2.4 分析..............................................32 2.4.1 X光繞射分析儀.................................32 2.4.2粒徑分析儀.....................................33 2.4.3傅立葉轉換紅外光譜儀...........................33 參、結果與討論............................................35 3.1 X光繞射分析(XRD) .................................35 3.2沉降觀察及粒徑分析.................................35 3.2.1 ITO/6 at% Ni粉體，使用KH-570界面改質劑及無水乙 醇之分散行為.................................35 3.2.2 ITO/6 at% Ni粉體，使用PVP、PEG與乙醇胺為界面改 質劑及無水乙醇為分散溶劑之分散行為...........36 3.2.3 ITO/3.8 at% Ni粉體，使用KH-570為界面改質劑及異 丙醇之分散行為...............................37 3.2.4 ITO/3.8 at% Ni粉體，使用PVP、PEG與乙醇胺三種為 界面改質劑及異丙醇之分散行為.................38 3.2.5 無摻雜ITO粉體，使用PVP、PEG與乙醇胺三種為界面 改質劑及異丙醇為分散溶劑之分散行為...........38 3.2.6 無摻雜ITO粉體，使用PVP、PEG與乙醇胺三種為界面 改質劑及無水乙醇為分散溶劑之分散行為.........39 3.2.7 無摻雜ITO粉體，使用KH-570為界面改質劑及異丙醇 為分散溶液之分散行為.........................40 3.2.8 無摻雜ITO粉體，使用KH-570為分散劑及無水乙醇為 分散溶劑之分散行為...........................40 3.2.9 無摻雜ITO粉體，使用PVP、PEG、乙醇胺與KH-570 為界面改質劑及異丙醇為分散溶劑之分散行為.....40 3.2.10 無摻雜ITO粉體，使用PVP、PEG、乙醇胺與KH-570 為界面改質劑及無水乙醇為分散溶劑之分散行為..41 3.2.11 ITO/3.8 at% Ni粉體，使用PVP、PEG、乙醇胺與KH- 570為界面改質劑及異丙醇為分散溶劑之分散行為..41 3.2.12 摻雜Ni 6 at% ITO粉體，使用PVP、PEG、乙醇胺與 KH-570為界面改質劑及無水乙醇為分散溶劑之分散 行為..........................................42 肆、結論..................................................88 伍、參考文獻..............................................91 圖目錄 圖1.1 In2O3 and In2O3(Sn)薄膜之X光繞射分析................18 圖1.2 ITO的體心立方結構...................................18 圖1.3 ITO薄膜光譜測量：光學穿透率(T) 反射率(R) 吸收率(A) ....................19 圖1.4 Burstein-Moss Shift的能隙圖.......................20 圖1.5 分散液的穩定機制...................................21 圖1.6 球型顆粒間的靜電相互作用...........................22 圖1.7 相互作用能隨距離變化...............................23 圖1.8 高分子化合物在奈米顆粒表面的形式..................24 圖1.9 高分子的熵穩定作用(壓縮無滲透) ....................25 圖1.10 高分子的滲透穩定作用(滲透無壓縮) .................25 圖1.11 SiO2在ZnO上形成均勻的包覆層.......................26 圖1.12 由單體聚合法製造出包覆PMMA的氧化鋁球..............27 圖 1.13 PH值對ITO與添加分散劑之ITO的 Zeta電位的影響....28 圖2.1 KH-570的化學式與其結構組成.......................34 圖2.2 PEG的分子結構...................................34 圖2.3 PVP的分子結構..............................34 圖2.4 乙醇胺的分子結構................................34 圖 3.1 無摻雜ITO及ITO摻雜3.8 at%及6 at% Ni之X光繞射分析 結果............................................43 圖3.2 (a)由一個高分子聚合物與兩個顆粒作用(b)由兩個吸附到不同 顆粒上的高分子聚合物與兩個顆粒間的作用.............44 圖3.3 ITO+KH570球磨後之FTIR光譜圖........................45 圖 3.4 ITO+PVP+PEG+乙醇胺球磨後之FTIR光譜圖...........45 圖 3.5 ITO(摻雜6 at% Ni)以無水乙醇為分散介質，KH570為分散劑 球磨(a)球磨3小時;(b)球磨6小時;(c)球磨9小時;(d)球磨12 小時及(e)球磨15小時，靜置15分鐘之分散情況.........46 圖3.6 ITO(摻雜6 at% Ni)以無水乙醇為分散介質，KH570為分散劑 球磨(a)球磨3小時;(b)球磨6小時;(c)球磨9小時;(d)球磨12 小時及(e)球磨15小時，靜置30分鐘之分散情況........47 圖3.7 ITO(摻雜6 at% Ni)以無水乙醇為分散介質，KH570為分散劑 球磨(a)球磨3小時;(b)球磨6小時;(c)球磨9小時;(d)球磨12 小時及(e)球磨15小時，靜置45分鐘之分散情況........48 圖3.8 ITO(摻雜6 at% Ni)以無水乙醇為分散介質，KH570為分散劑 球磨(a)球磨3小時;(b)球磨6小時;(c)球磨9小時;(d)球磨12 小時及(e)球磨15小時，靜置60分鐘之分散情況........49 圖3.9 ITO(摻雜6 at% Ni)以無水乙醇為分散介質，KH570為分散劑 球磨(a)球磨3小時;(b)球磨6小時;(c)球磨9小時;(d)球磨12 小時及(e)球磨15小時，靜置40小時之分散情況........50 圖3.10 ITO(摻雜6 at% Ni)以無水乙醇為分散介質，KH570為分散 劑球磨3小時後之粒徑分析........................51 圖3.11 ITO(摻雜6 at% Ni)以無水乙醇為分散溶劑，KH570為分散 劑球磨6小時後之粒徑分析..........................52 圖3.12 ITO(摻雜6 at% Ni)以無水乙醇為分散溶劑，KH570為分散 劑球磨9小時後之粒徑分析..........................53 圖3.13 ITO(摻雜6 at% Ni)以無水乙醇為分散溶劑，KH570為分散 劑球磨12小時後之粒徑分析..........................54 圖3.14 ITO(摻雜Ni 6 at%)以無水乙醇為分散溶劑，KH570為分散 劑球磨15小時後之粒徑分析..........................55 圖3.15 ITO(摻雜6 at% Ni)以無水乙醇為分散溶劑，同時加入PVP、 PEG、乙醇胺為分散劑球磨(a)球磨3小時;(b)球磨6小時;(c) 球磨9小時;(d)球磨12小時及(e)球磨15小時，靜置15分鐘 之分散情況......................................56 圖3.16 ITO(摻雜6 at% Ni)以無水乙醇為分散溶劑，同時加入PVP、 PEG、乙醇胺為分散劑球磨(a)球磨3小時;(b)球磨6小時;(c) 球磨9小時;(d)球磨12小時及(e)球磨15小時，靜置30分鐘 之分散情況..........................................57 圖3.17 ITO(摻雜3.8 at% Ni)以異丙醇為分散溶劑，KH570為分散劑 球磨：(a)球磨3小時及(b)球磨5小時，靜置15分鐘之分散 情況............................................58 圖3.18 ITO(摻雜3.8 at% Ni)以異丙醇為分散溶劑，KH570為分散劑 球磨：(a)球磨3小時及(b)球磨5小時，靜置30分鐘之分散 情況............................................59 圖3.19 ITO(摻雜3.8 at% Ni)以異丙醇為分散溶劑，KH570為分散劑 球磨：(a)球磨3小時及(b)球磨5小時，靜置45分鐘之分散 情況............................................60 圖3.20 ITO(摻雜3.8 at% Ni)以異丙醇為分散溶劑，KH570為分散劑 球磨：(a)球磨3小時及(b)球磨5小時，靜置60分鐘之分散 情況............................................61 圖3.21 ITO(摻雜3.8 at% Ni)以異丙醇為分散溶劑，KH570為分散劑 球磨：(a)球磨3小時及(b)球磨5小時，靜置40小時之分散 情況.........................................62 圖3.22 ITO(摻雜3.8 at% Ni)以異丙醇為分散溶劑，KH570為分散劑 球磨3小時後之粒徑分析...........................63 圖3.23 ITO(摻雜3.8 at% Ni)以異丙醇為分散溶劑，KH570為分散劑 球磨5小時後之粒徑分析...........................64 圖3.24 ITO(摻雜3.8 at% Ni)以異丙醇為分散溶劑，同時加入PVP、 PEG、乙醇胺為分散劑球磨：(a)球磨3小時及(b)球磨5小 時，靜置15分鐘之分散情況.........................65 圖3.25 ITO(摻雜3.8 at% Ni)以異丙醇為分散溶劑，同時加入PVP、 PEG、乙醇胺為分散劑球磨：(a)球磨3小時及(b)球磨5小 時，靜置30分鐘之分散情況..........................66 圖3.26 ITO(摻雜3.8 at% Ni)以異丙醇為分散溶劑，同時加入PVP、 PEG、乙醇胺為分散劑球磨：(a)球磨3小時及(b)球磨5小 時，靜置45分鐘之分散情況........................67 圖3.27 ITO(摻雜3.8 at% Ni)以異丙醇為分散溶劑，同時加入PVP、 PEG、乙醇胺為分散劑球磨：(a)球磨3小時及(b)球磨5小 時，靜置60分鐘之分散情況........................68 圖3.28 ITO(摻雜3.8 at% Ni)以異丙醇為分散溶劑，同時加入PVP、 PEG、乙醇胺為分散劑球磨：(a)球磨3小時及(b)球磨5小 時，靜置40小時之分散情況.........................69 圖3.29 ITO(摻雜3.8 at% Ni)以異丙醇為分散溶劑，同時加入PVP、 PEG、乙醇胺為分散劑球磨3小時後之粒徑分析..........70 圖3.30 ITO(摻雜3.8 at% Ni)以異丙醇為分散溶劑，同時加入PVP、 PEG、乙醇胺為分散劑球磨5小時後之粒徑分析..........71 圖3.31 ITO(無摻雜)以異丙醇為分散溶劑，同時加入PVP、PEG、乙醇胺為分散劑球磨3個小時，以1：1稀釋觀察：(a)靜置0分鐘;(b)靜置60分鐘;(c)靜置120分鐘;(d)靜置180分鐘;(e)靜置240分鐘;(f)靜置300分鐘;(g)靜置24小時及(h)靜置40小時之分散情況....................................72 圖3.32 ITO(無摻雜)以異丙醇為分散溶劑，同時加入PVP、PEG、 乙醇胺為分散劑球磨3小時後之粒徑分析.................73 圖3.33 ITO(無摻雜)以無水乙醇為分散溶劑，同時加入PVP、PEG、 乙醇胺為分散劑球磨3個小時，以1：1稀釋觀察：(a)靜置 0分鐘;(b)靜置60分鐘;(c)靜置120分鐘;(d)靜置180分鐘;(e) 靜置240分鐘;(f)靜置300分鐘;(g)靜置24小時及(h)靜置40 小時之分散情況..................................74 圖3.34 ITO(無摻雜)以無水乙醇為分散溶劑，同時加入PVP、PEG、 乙醇胺為分散劑球磨3小時後之粒徑分析..............75 圖3.35 ITO(無摻雜)以異丙醇為分散溶劑，加入KH-570為分散劑球 磨5個小時，以1：1稀釋觀察：(a)靜置0分鐘;(b)靜置60 分鐘;(c)靜置120分鐘;(d)靜置180分鐘;(e)靜置240分鐘 ;(f)靜置300分鐘;(g)靜置24小時及(h)靜置40小時之分散 情況...................................76 圖3.36 ITO(無摻雜)以異丙醇為分散溶劑，加KH-570為分散劑球磨 5小時後之粒徑分析..........................77 圖3.37 ITO(無摻雜)以無水乙醇為分散溶劑，加入KH-570為分散劑 球磨5個小時，以1：1稀釋觀察：(a)靜置0分鐘;(b)靜置 60分鐘;(c)靜置120分鐘;(d)靜置180分鐘;(e)靜置240分鐘; (f)靜置300分鐘;(g)靜置24小時及(h)靜置40小時之分散情 況.......................................78 圖3.38 ITO(無摻雜)以無水乙醇為分散溶劑，加KH-570為分散劑球 磨5小時後之粒徑分析...............................79 圖3.39 ITO(無摻雜)以異丙醇為分散溶劑，同時加入PVP、PEG、 乙醇胺與KH-570為分散劑球磨3個小時，以1：1稀釋觀 察：(a)靜置0分鐘;(b)靜置60分鐘;(c)靜置120分鐘;(d)靜置 180分鐘;(e)靜置240分鐘;(f)靜置300分鐘;(g)靜置24小時 及(h)靜置40小時之分散情況.....................80 圖3.40 ITO(無摻雜)以異丙醇為分散溶劑，同時加入PVP、PEG、 乙醇胺與KH-570為分散劑球磨3個小時後之粒徑分 析.............................................81 圖3.41 ITO(無摻雜)以無水乙醇為分散溶劑，同時加入PVP、PEG、 乙醇胺與KH-570為分散劑球磨3個小時，以1：1稀釋觀 察：(a)靜置0分鐘;(b)靜置60分鐘;(c)靜置120分鐘;(d)靜置 180分鐘;(e)靜置240分鐘;(f)靜置300分鐘;(g)靜置24小時 及(h)靜置40小時之分散情況.........................82 圖3.42 ITO(無摻雜)以無水乙醇為分散溶劑，同時加入PVP、PEG、 乙醇胺與KH-570為分散劑球磨3個小時後之粒徑分析 ................................................83 圖3.43 ITO(摻雜Ni 3.8 at%)以異丙醇為分散溶劑，同時加入PVP、 PEG、乙醇胺與KH-570為分散劑球磨3個小時：(a)靜置0 分鐘;(b)靜置60分鐘;(c)靜置120分鐘;(d)靜置180分鐘;(e) 靜置240分鐘;(f)靜置300分鐘;(g)靜置24小時及(h)靜置40 小時之分散情況..............................................84 圖3.44 ITO(摻雜Ni 3.8 at%)以異丙醇為分散溶劑，同時加入PVP、 PEG、乙醇胺與KH-570為分散劑球磨3個小時後之粒徑分 析..............................................85 圖3.45 ITO(摻雜Ni 6 at%)以無水乙醇為分散溶劑，同時加入PVP、 PEG、乙醇胺與KH-570為分散劑球磨3個小時，以1：1 稀釋觀察：(a)靜置0分鐘;(b)靜置60分鐘;(c)靜置120分鐘;(d) 靜置180分鐘;(e)靜置240分鐘;(f)靜置300分鐘;(g)靜置24 小時及(h)靜置40小時之分散情況...................86 圖3.46 ITO(摻雜Ni 6at%)以無水乙醇為分散溶劑，同時加入PVP、 PEG、乙醇胺與KH-570為分散劑球磨3個小時後之粒徑分 析.......................................................7[[note]]學號: 699371042, 學年度: 10