實驗儀器

3.2.1 X-光粉末繞射儀（X-ray power diffactometer；XRD）

當X 光照射於一物體晶格，會產生反射各層結晶面反射光，路 徑距離不同，當隔層路徑差CB-BD 距離 (見圖3.01)恰好符合布拉格 繞射現象產生建設性繞射即會觀測到X-ray繞射圖譜。布拉格繞射公 式為n

λ

θ

其中n = 1；λ：入射光波長；d：晶格距；θ：入射角。此外，亦可使 用Scherrer方程式

θ β

= λ cos

D K ，求得樣品平均粒徑。其中D：平均粒徑；

K：常數0.89；β：主峰半高寬；θ：特徵峰所在的角度。

圖3.01 X-射線在結晶面間的繞射示意圖⁴⁶

因此，X 光粉末散射儀光譜可以鑑定結晶性物質或規則性排列 物質結構，粉末材料若呈現規律性結構在某平面且方向性排列，當X 光照射後，則會產生繞射現象。粉末內部的晶格排列情況會影響到繞

射角度及其強度，可觀察出不同樣品其中的晶格差異，並鑑定出某一 結晶物質的存在。

在本研究採用Rig X-光粉末繞射儀是以CuKα1(λ=1.541838 Å)，Ni濾波器，DS=0.5°，SS＝1.0°，RS=0.15 mm，電壓 40.0 kV，

電流30.0 mA操作條件，先將樣品磨成粉末後，壓平樣品於載玻片中，

將其固定在機臺上進行測量。實驗條件是連續掃瞄，掃瞄範圍為2θ

=1.5~60°，掃瞄速度為 5°/min。

3.2.2 比表面積分析儀(N2 Adsorption/Desorption；BET)

本研究採用Micrometric ASAP2020 型號表面積分析儀，秤取 0.1~0.15 g待測樣品置於試料瓶中，安裝於除氣槽，開始進行除氣步 驟(Degas)：在真空環境下以升溫速率 10℃/min由室溫升溫至 350℃，

並維持8 小時，將待測樣品中所含水分或其他吸附物去除。除氣完成 後，將試料瓶移至分析處並浸入液態氮阱內，再以定量氮氣充入試料 瓶中，測量不同相對壓力下(P/P0=0~1)的氮氣吸附量，經由電腦程序 進行BET公式分析計算出樣品的比表面積。

3.2.3 氣相層析儀(Gas Chromatography；GC)

氣相層析儀是一種有用的分析儀器，其基本原理是利用分析物種 與靜相之間的作用力大小不同，而達到分離的效果。以氣相層析儀分

析樣品時，首先待測分析物在氣化室中氣化，再藉由攜帶氣體(carrier gas)將氣化後的氣態樣品攜帶進入分析管柱之中，所使用的攜帶氣體 通常會以分析的目的而使用氦氣、氮氣或氫氣。當氣化後的樣品被攜 帶氣體遞送至分析管柱內時，會依其待測物種在吸攜帶氣體(動相)與 分析管柱上的塗佈物質(靜相)間的作用力不同而達到分離的效果，將 這些被分離的分析物種經由攜帶氣體遞送至偵測器，偵測器的訊號經 由數據處理之後就得到我們一般所見的層析圖譜。

常用偵測器有兩種，分別為熱傳導偵測器( TCD)及火燄離子化偵 測器( FID)。TCD的偵測原理係熱傳導性質，當被分析物被攜帶氣體 遞送至偵測器時，流經的氣體會因為所含的物種不同而有不同的熱傳 導性質，在固定功率之下，偵測器的感應原件的溫度與周遭氣體的熱 傳導性有關，因此，藉由輸出訊號的高低以達到偵測的目的。FID則 是利用氫氣與空氣燃燒產生火燄，被分析物被火燄激發產生離子，在 電場的作用下，形成了離子流而被收集於電極因而產生電流被偵測。

本研究中採用Varian CP3380，具有火燄離子化偵測器，分析管柱為 BP-1，分析條件為25℃，異構化反應產物滯留時間為2.3分鐘。

3.2.4 穿透式電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope；TEM)

TEM原理是利用電子束照射樣品到達樣品下方的偵測器上，所需

的樣品很少，解析度可達到原子的層次(即1 Å) 。若樣品含有多電子 的原子，電子將無法穿過樣品，在偵測器呈現黑點，在電子束可穿越 的空間及較輕的原子，則在偵測器呈現亮點，不同亮度對比的影像即 是樣品的形狀與結構。

TEM 可鑑定物質的大小與形狀等內部細微結構，同時亦可進行 電子繞射實驗。電子繞射圖可以測量樣品結晶度及計算晶格參數，倘 若儀器配備有EDS則可鑑定樣品中元素的種類。TEM試片需極薄(大 約50nm厚)，以確保電子束的可穿透性。製備方式分為平面試片與橫 截面試片兩種，平面試片採用化學溶液蝕刻法，橫截面試片採用離子 研磨機蝕薄。精確定點觀察時，平面式試片可採用離子研磨機蝕薄，

橫截面式試片可採用聚焦式離子束顯微鏡作局部區域的蝕薄。TEM 分析時，通常是利用電子成像的繞射對比，作成明視野或暗視野影 像，並配合繞射圖樣來進行觀察。所謂明視野即是用物鏡孔徑遮擋繞 射電子束，只讓直射電子束通過成像，而暗視野則是用物鏡孔徑遮擋 直射電子束，只讓繞射電子束通過成像。一般影像觀察時，普遍採用 雙電子束繞射。針對特殊的材料結構或缺陷進行深入的結構分析時，

通常試片座具有傾斜基座功能，可以選擇微弱電子束繞射狀態，或多 重電子束繞射狀態，來改善成像的品質或加強對比。

圖3.02 TEM 成像示意圖

3.2.5

感應耦合電漿原子發射光譜分析儀（ICP-AES；

Inductively-Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy）

電感耦合電漿原子發射光譜儀是對溶液中元素分析的一種儀 器，特別是用以測定溶液中的微量金屬元素。由於使用高達10000 K 的溫度把離子原子化，所以準確度極高，而且儀器可同一時間測試多 種元素，因此廣為商業公證行所樂於使用。在本研究中最主要是用來 分析製成的樣品中Si、Na、Al等元素所占的比例。

3.2.6 熱重分析儀(Thermogravimetric Analysis, TGA)

本研究利用熱重分析儀量測材料的熱穩定性，藉以觀察材料在不 同溫度之重量變化，並且藉由熱流變化來判斷結構穩定性。操作步驟 是秤取30mg 待測樣品置於坩鍋中，在氮氣或空氣環境下，以升溫速

率 10℃/min，由室溫升溫至 1000℃，探討待測樣品在熱處理過程中 重量及熱流的變化。其間孔洞材料所含界面活性劑會脫除掉，藉由重 量變化可以估算複合材料中沸石所佔的比例。

3.2.7 傅立葉紅外線吸收光譜儀( Fourier Transform Infrared , FTIR)

紅外線光譜的原理是分子中的原子產生振動和轉動模式時吸收 了適當的能量而產生的光譜，為鑑定有機物官能基的一項利器，特定 官能基有特定的吸收譜帶，一般分子振動所吸收的能量較小，大致是 紅外光區的範圍，依波數大小不同可分為三個部分：12800 ~ 4000 cm^-1 為遠紅外光區；4000 ~ 200 cm^-1 為中紅外光區；200 ~ 10 cm^-1為近紅 外光區，其中近紅外光區可觀察分子間的倍頻及合頻的吸收；遠紅光 區是分子轉動、金屬鍵結的吸收，而一般最常用的範圍是泛指中紅外 光區的部分，專門提供有關分子振動的訊息，有機物的重要吸收區均 位於此區。分子的每一個振動接會吸收某一定波長的紅外光，因此，

同一個分子的IR 吸收光譜具有多個波長吸收峰，而分子振動的方式 大致可分為拉伸(stretching) 和彎曲(bending) 兩種，其中stretching 為 兩原子沿其軸向做伸縮運動，有對稱性(νs) 及非對稱性振動(ν as) ，而bending 則是原子依兩鍵結的夾角做運動，藉由不同官能基

及不同原子所產生的特定吸收峰，可作為鑑定有機分子之重要依據。

分析條件為取適量之樣品與KBr粉末混合研磨，壓成KBr鹽片，

掃描範圍400 ~ 4000 cm^-1。

3.2.8 固態核磁共振光譜儀(Solid State Nuclear Magnetic Resonance)

核磁共振光譜學是研究某種含有自旋角動量的原子核所具有的 磁矩與外加電磁波脈衝產生交互作用時的熱力學及動力學行為，以期 對分子做分析、鑑定以及結構上的研究。當我們將這一類的原子核置 於外加靜磁場時(通常靜磁場方向定在+Z軸)，它們會對應到某些特定 的量子化方向，而每一個方向都會反映到某個不連續且特定能量的能 階。原子核磁矩與外加靜電磁場同向者會對應至較低能量的能階；反 之與原子核磁矩與外加靜電磁場反向者會對應至較高的能階。由於原 子核本身具有磁矩，因此在外加靜磁場存在時會受到磁轉矩的影響而 造成原子核穩定的進動現象，其動的頻率(即所謂的Larmor frequency) 與外加靜磁場強度成正比。因為是磁轉矩的作用，此時如果在垂直於 外加靜磁場的方向施以與Larmor 頻率相當的脈衝，則會使位於低能 階的原子核躍遷至高能階，進而在接受線圈產生感應的NMR 訊號。