第四章 結果與討論
4.3 EEPS 與 SMPS 之量測數據比對
根據上兩節(4.1.1 與 4.1.2)中的結果可知，本研究目前所使用的 SMPS 已可 正確地量測微粒的粒徑與數目濃度，因此比對 SMPS 與 EEPS 的量測數據時將以 SMPS 作為標準，確認 EEPS 量測微粒數目濃度分佈的正確性。
多徑銀微粒之數目濃度分佈
本研究先比對 SMPS 與 EEPS 分別在銀團粒產生溫度為 1000、1100 與 1200 oC 時，測得的多徑團粒數目濃度分佈、總微粒數目濃度與 NMD，結果如表 4.3 與 圖 4.5 所示。當銀微粒產生溫度為 1000 oC 時，NMD 與數目濃度的差異分別為-15.6 與 23.1 %；1100 oC 時，NMD 與數目濃度的差異分別為-19.1 與-11.01 %；1200 oC 時，NMD 與數目濃度的差異分別為-23.38 與-10.68 %。當溫度升高時，兩台量測 儀器量測到的 NMD 差異由-15.6 降至-23.3 %，與 SMPS 量測的數目濃度分佈相 比，EEPS 量測到的分佈皆往小粒徑的方向偏移，此結果與 Asbach et al. (2009) 中以 SMPS 與 FMPS 量測 NaCl 與柴油碳粒微粒之結果相同，但數目濃度的差異
卻呈現相反的趨勢，從產生溫度 1000oC 時的-23.1 %變為 1200 oC 時的 10.6 %。
由兩者所測得之多徑微粒數目濃度分佈的結果可看出，在小微粒 (NMD= 20 nm) 的情況下 EEPS 所測得的總微粒數目濃度有高估的情況。此結果和 Joeng and Evans (2009)比對 FMPS 與 SMPS 量測 NaCl 與 Au 之微粒數目濃度分佈時，發現 FMPS 在量測小粒徑時總數目濃度會高估的情況類似。該研究群認為原因可能為 FMPS 軟體內的運算法在將小粒徑的原始數據(電流值)轉換為微粒數目濃度時，
運算法高估了數目濃度所致。此外，由本實驗的結果也可看出當微粒越大時，
EEPS 低估 NMD 及總微粒總數目濃度的情況則越嚴重。
表 4.3 在不同產生溫度下，SMPS 與 EEPS 量測銀微粒的 NMD 與總數目濃度的 比較。
Temp. (oC) 1000 1100 1200
EEPS SMPS difference EEPS SMPS difference EEPS SMPS difference
NMD
(nm)
18.4±0.5 21.8±0.9 -15.60 % 33.43±0.1 41.3±0.2 -19.1% 47.8±1.04 66.8±0.4 -28.38%
Total Conc.
(#/cm3)
1.37E+05 1.11E+05 23.1% 1.98E+05 2.22E+05 -11.01% 4.04E+05 4.52E+05 -10.68%
51
10 100
dm1 (nm) 0.0x100
4.0x105 8.0x105 1.2x106
dN/dlog(Dp) (#/cm3)
Thin line: EEPS Thick line: SMPS
1000oC 1100oC 1200oC
圖 4.5 使用 EEPS 與 SMPS 量測不同產生溫度(1000、1100 與 1200 oC)的多徑銀 微粒數目濃度分佈。
圖 4.6 為銀微粒在不同燒結溫度以及 EEPS 與 SMPS 的 dm2量測值的關係。
由圖 4.6 之 dm2的變化可看出，當燒結溫度大於 200 oC 時，兩台儀器量測到的 dm2
已趨於穩定。在小粒徑的部分，當 30 與 80 nm 的銀團粒未燒結時(燒結溫度為 室溫)，SMPS 與 EEPS 間 dm2的差異分別為 10.2 與-32.9 %，而燒結溫度升至 600
oC 時，NMD 之差異皆明顯的下降，分別為-8 與 1.59 %。而粒徑為 150、250 與 300 nm 的銀微粒，未燒結時 dm2的差異約 37.6- 53.5 %，且隨溫度升高，差異並 無縮小。根據上述的結果 EEPS 的dm2量測值皆小於 SMPS 的量測值，且隨著單 徑銀團粒的粒徑上升(微粒未燒結時)，EEPS 與 SMPS 之dm2量測差異越大。
0 200 400 600 Sintering temp. (oC) 0
150、250 與 300 nm)，再經過不同的燒結溫度(室溫、200、400 與 600oC)後，SMPS 與 EEPS 之 dm2量測值。
53
(a): dm1= 30 nm; Tsint= room temp. (b): dm1= 30 nm; Tsint= 200 oC (c): dm1= 30 nm; Tsint= 600 oC
(d): dm1= 80 nm; Tsint= room temp. (e): dm1= 80 nm; Tsint= 200 oC (f): dm1= 80 nm; Tsint= 600 oC
(g): dm1= 250 nm; Tsint= room temp. (h): dm1= 250 nm; Tsint= 200 oC (i): dm1= 250 nm; Tsint= 600 oC
(j): dm1= 300 nm; Tsint= room temp. (k): dm1= 300 nm; Tsint= 200 oC (l): dm1= 300 nm; Tsint= 600 oC
圖 4.7 高溫爐溫度設定 1150 oC 產生銀微粒，使用 DMA 篩選特定粒徑(30、80、
150、250 與 300 nm)，再經過不同的燒結溫度(室溫、200 與 600oC)後，銀微粒的 TEM 影像。
4.2 銀微粒之型態參數分析與團粒充電理論計算
上節的實驗結果確認非球形的微粒會造成 EEPS 的粒徑量測值低於 SMPS 之 量測值，而本研究進一步使用現有的理論 (如 Chang (1981)等)分析並預測 EEPS 的量測值。而團粒的型態參數(如 dp與β 等)為計算時的重要參數，因此本研究使 用 TEM 影像分析軟體 ImageJ (1.46K software, National Institutes of Health, USA) 分析銀團粒的型態參數。
銀微粒之型態參數分析
表 4.4 為不同電移動度粒徑銀團粒的型態參數。由表可發現，銀團粒的電移 動度粒徑增加時，團粒中的 dp也會上升，差異並不大(約為 2 nm)，此結果與 Rogak et al. (1993)及 Oh et al. (2004)量測 TiO2團粒的 dp之結果相同。長寬比(β)為另一 個於計算團粒之 Np的重要參數。於 Shin et al. (2010b)的研究中，作者以 TEM 影 像分析 50 顆的銀團粒，發現銀團粒的 β 為 1.6。而本研究以 TEM 影像分析 dm 為 80、150、250 與 300 nm 銀團粒的型態參數(各個粒徑皆分析 50 顆以上)。由 表 4.4 中可發現不同 dm下的團粒，其β 並非固定值且會隨著 dm的增加而上升，
此結果與 Park et al. (2004)量測柴油碳煙微粒的 β 結果相同。
表 4.4 dm為 80、150、250 與 300 nm 銀團粒的 L、W、β、N 與 dpa等型態參數。
dm (nm) L (nm) W (nm) β (L/W) dpa (nm) dp (nm) 80 206.7±76.8 135.7±78.5 1.70±0.55 81.0±10.2 12.33± 3.70
55
150 267.2±62.9 184.1±41.7 1.71±0.41 142.3±21.6 12.80± 3.49 250 620.1±130.8 301.1±60.2 1.84±0.44 242.2±24.3 13.82± 4.19 300 793.0±131.9 435.7±129.8 1.93±0.51 296.8±40.3 14.64± 6.57
團粒充電理論計算
而根據圖 4.8(B)中計算的結果，相同 dm的團粒與圓球微粒以 EC 篩選出來後，再 經過 EEPS 內的單極充電器充電後，有著較高電移動度的團粒會被收集制較上方 的靜電計，進而造成數目濃度的偏移，因此微粒形貌可能為造成 EEPS 與 SMPS 量測差異的原因。
100 200 300
dm (nm) 8 . 0 x 1 0-8
1 . 2 x 1 0-7 1 . 6 x 1 0-7 2 . 0 x 1 0-7 2 . 4 x 1 0-7 2 . 8 x 1 0-7
Electrical mobility (m2v-1s-1)
Agglomerate particles Spherical particles
(A) (B)
圖 4.8. Nit 為 9.5*107 s/cm3時，分別以 Fuchs’理論與 Chang 團粒充電理論計算圓 球微粒與團粒的 Np與電移動度(Zp)。
圖 4.9 為 EEPS 之 dm2量測值與預測值的比較(未燒結的銀團粒)。由圖 4.9 中 可觀察出，EEPS 之 dm2預測值(以 β 的平均值計算)與量測值非常吻合，差異皆在 10 %內，只有 80 nm 的 dm2預測值高估約 16 %。而圖中範圍極廣的 dm2預測值則 是因為β 有著極大的標準偏差。因此根據實驗與理論計算的結果，非球形的微粒 形貌是導致 EEPS 的數目濃度分佈偏移的原因。
57
80 150 250 300
80 150 250 300
dm1 (nm) 10
100
dm2 (nm)
EEPS measurements simulation results
圖 4.9. EEPS 量測單徑銀團粒的 dm2量測值與預測值的比較。