3-1 藥品
1.多層奈米碳管( Multi-walled carbon nanotube，L-MWCNT406)
購自 Sciencetech (Taiwan)，純度≥ 95%，直徑約 40-60 nm，長度約 5-15 μm
結構: [64]
2.尿嘧啶(Uracil)
C4H4N2O2，購自 Alfa Aesar，純度 99%，分子量:112 熔點: 338℃
結構式:
HN
NH
O O
3.聚乙二醇甲基丙烯酸酯(poly(ethylene glycol) methyl ether acrylate) MW=350
H2C=C(CH3)CO(OCH2CH2)nOH，購自Aldrich，分子量 350
結構式：
O O
O
n
30
4. 正丁醇鉀(potassium-tert-butoxide，t-BuOK)
C4H9KO，購自ACROS，分子量112 熔點240℃ 沸點275℃
結構式:
O
-K+
5.鹽酸(Hydrochloric acid)
HCl，購自 SHOWA，35%，分子量 36.46
6.氫氧化鈉(Sodium Hydroxide)
NaOH，購自 SHOWA，96%，分子量 40
7.聚甲基丙烯酸甲酯(Poly(methyl methacrylate，PMMA) (C5H8O2)n，購自 T
結構式:
*
* n
O O
31
8.聚苯乙醯尿嘧啶 (poly 1-(4-vinylbenzyl) Uracil，PVBU) 本實驗室聚合而成
CH3Cl，購自TEDIA，99.9%
12 正己烷(Hexane)
32
3-2 實驗儀器設備
1.核磁共振光譜（Nuclear Magnetic Resonance, NMR）:
機型:Varian Inova 500 MHz
2.熱重分析儀（Thermal Gravimetric Analyzer，TGA）:
機型: Seiko TG/DTA 200
3.拉曼光譜儀(Raman Spectrometer) 機型: Spectra Pro-2300i
4. 穿透式電子顯微鏡（Transmission Electron Microscope，TEM）
機型: Hitachi H-600 在 100KV 下操作和 JEOL-2010 TEM 在 200KV 下操 作
5.酸鹼度計(PH meter) 機型: SUNTEX SP-701
6.震盪粉碎機
機型: misonix sonicator XL-2000
33
7.離心機
機型：Hettich EBA21
8.倒立式螢光顯微鏡(Inverted fluorescence microscope, IX71, Olympus) 機型：IX71(范士岡老師實驗室)
9.訊號產生器(Function generator, 33220A, Agilent) 機型：型號 33220A(范士岡老師實驗室)
10.訊號放大器(Amplifier, A304, A. A. Lab- Systems) 機型：型號 A304(范士岡老師實驗室)
11.四點探針
機型：Keithely 2400
34
3-3 實驗原理與操作
1.核磁共振光譜（Nuclear Magnetic Resonance, NMR）
氫核磁共振光譜（1H NMR）與碳核磁共振光譜（13C NMR）乃Varian Unityinova 300以及Varian Unityinova 500來進行測定，取待測物5 mg 溶於 0.5 mL 氘溶劑（d-solvent）後滴入NMR tube，藉由所測得的光譜來判斷待 測物的結構及純度。化學位移單位：ppm，偶合常數單位：Hz。實驗室多 準，δ=39.51ppm，利用C2D6SO做標準，氫譜上化學位移δ=74 ppm。
2.熱重分析儀（Thermal Gravimetric Analyzer，TGA）
操作程序：使用Seiko TG/DTA 200 機型。樣品3~5毫克放入
35
量的變化。這個因溫度引起的重量變化可以被精密天平測出。本
實驗中取樣品約 810mg 置於耐高溫容器中，通 N2x流量為 40ml/ min，升溫 速率調整為 20℃/min，由 30℃加熱升溫至 800℃，進行
測試。
3.穿透式電子顯微鏡（Transmission Electron Microscope，TEM）
穿透式電子顯微鏡和掃描式電子顯微鏡相似，均能以電子形成影像來 進行材料微結構的觀察，所不同之處是 TEM 成像是以相當高能量的電子
(80~400keV)穿透過非常薄的試片而投影到偵測器的影像。TEM 整個設備的 架構相當複雜，主要分為電子槍系統、電磁透鏡系統、試片室、影像偵測 及記錄系統等。
穿透式電子顯微鏡的解像能力主要與電子的加速電壓(意即波長)旱像 差(aberration)有關。加速電壓愈高，波長愈短，解析度也愈佳，同時電子動 能增高，電子對試片的穿透力也增加，能觀察的厚度也相對增加，但加速 電壓太高，容易對所觀察的試片造成原子移位(atomic displacement)的損 傷，或產生樣品融解，甚至蒸發造成儀器內部汙染的危險。一般的穿透式 電子顯微鏡，在 100keV 下操作，解像能力即可達點影像 2.93Å，線影像 1.4 Å。
穿透式電子顯微鏡除了可觀察材料微結構外，還可以對晶體進行電子
36
繞射，以得知其繞射面間距(d-spacing)。而以中間鏡的孔徑選取試片中特定 區域而獲得此微小區域(< 1μm)之繞射資料的技巧，我們稱之為選區繞射
(selected area electron diffraction, SAED)，可得到微小區域顯像與繞射圖形之 相互關係。利用 TEM 電子繞射的公式
4.掃描式電子顯微鏡（Scanning Electron Microscopy，SEM）
掃描式電子顯微鏡的基本原理是利用加熱燈絲所發射出來的電
子束，經柵極（Wehnelt cylinder）聚焦，形成一約幾十 µm 大小之光源點，
在陽極之加速電壓的作用下，經過 2 至 3 個電磁透鏡所組成的電子光學系 統，匯聚成一細小約幾個 nm 的電子射束，再聚焦至試件表面。由於在末
37
端透鏡上裝有掃描線圈，使電子射束在試件上掃描，而藉高能電子射束與 物質之交互作用，產生各種訊號，如二次電子（secondary electrons, SE）、
背向散射電子（backscattered electron, BE）、吸收電子（absorbed electrons,
AE）、透射電子（transmitted electrons,TE）、X 射線（X-ray）及陰極螢光
（cathode luminescence）等。訊號經由適當之檢測器（detector）接收後經
5.微差掃描熱卡計（Differential Scanning Calorimeter，DSC）
使用Du-Pont DSC-9000 機型。測量進入樣品和參比物熱流的差異，以 樣品之溫度最為函數。而樣品與參比物的溫度則以溫控程式操作。當樣品 吸熱或放熱時，就會產生一尖峰即焓發生變化。但如特定的溫度Tg 則沒有 尖峰的產生而有一轉折現象，這代表焓沒有變化而僅比熱改變。差式溫度 紀錄圖中的尖峰面積是依樣品的質量，m，化學或物理步驟的熱焓，ΔH，
38
及某些幾何的導熱性的因素而定。透過DSC可得知高分子的結晶狀況及其 熔融溫度或測得玻璃轉移溫度。
操作程序：取3~5毫克之樣品放入鋁盤中，利用壓盤機密封。起始溫度 為40℃，第一次掃描先以每分鐘20℃的速度升溫，再用液氮降回-90℃，第 二次掃描同樣以每分鐘20℃升溫，並紀錄熱焓變化與溫度的關係。
6.倒立式螢光顯微鏡(Inverted fluorescence microscope)
購自 Olympus，型號為 IX71，具有鹵素燈供一般光學觀察與汞燈與濾 鏡組供螢光觀察，以及具有相位差鏡頭適用於細微樣本觀察，搭載黑白 CCD
(DP30BW, Olympus)，同樣購自 Olympus，型號為 DP20BW 用於擷取實驗 過程之影片或像片，搭配軟體 DP71 即可進行錄像。
7.訊號產生器(Function generator)
購自 Agilent，型號 33220A，可輸出 AC 及 DC 電壓，具有弦波、方波、
鋸齒波、脈衝等波型可選用。主要作為電壓訊號之來源，提供 AC 正弦波電 壓至訊號放大器中。
8.訊號放大器(Amplifier)
購自 A. A. Lab- Systems，型號 A304，可將輸入之訊號放大四十倍後輸 出，但對高頻訊號會有失真的狀況，無法輸出四十倍大之訊號。連接訊號
39
產生器，輸出放大四十倍之訊號至平行板電極中做為極化乳液之電場來源。
40
uracil poly(ethylene glycol) methyl ether acrylate
MW = 350 UPEO
圖3.1UPEO合成方程式
NMR測定:此光譜圖是用Varian Inova 500 MHz核磁共振光譜儀，溶劑使用 D2O，樣品大約5毫克，在室溫下。
41
圖3.2 UPEO之1HNMR光譜圖 NMR:
1H-NMR (CDCl3, 300 MHz), δ11.24 (1H, -OCNHCO-), 7.41 (1H,
-OCCHCHN-), 5.63(1H, -HCCHN-), 4.21 (2H, -NCH2CH2COO-), 3.97 (2H, -OCOCH2CH2-), 3.79~3.33 (mH, -OCH2CH2O-), 2.79 (2H,
-CH2CH2COO-), 2.60 (-OH)
特性:UPEO 是含有超分子的分子，一端為尿嘧啶，另一端為親水的聚氧乙 稀。
42
3-5 奈米碳管改質方法 3-5-1. 用 UPEO 改質
在室溫下，先將0.5mgUPEO與5mg L-MWCNT406放入裝有15ml 去離子水 樣品瓶中，並放入磁石攪拌16個小時，然後把混合物放入震盪棒震盪20分
non-covalent modification of MWCNT through UPEO
圖 3.3.UPEO 吸附在多層碳管示意圖 改質過後的奈米碳管，簡稱 UPEO/L-MWCNT406
43
3-5-2.用 PVBU 改質
在室溫下，先將0.5mg聚苯乙醯尿嘧啶(PVBU)放入裝有15ml DMF樣品瓶中 加熱溶解，等待PVBU完全溶入DMF中，再將1mg L-MWCNT406放入容器 中，並放入磁石攪拌16小時，之後將混合物放入震盪棒震20分鍾，再用離 心機離心以每分鐘6000轉的轉速轉5分鍾，之後取上層的溶液，即可得到分 散均勻且穩定的奈米碳管溶液。
改質過後的奈米碳管，簡稱PVBU/L-MWCNT406。
3-6 PMMA/UPEO/L-MWCNT406 奈米複合材料製備
以溶劑混摻(solvent blending)法將新穎改質奈米碳管以不同比例導入高分子 材料，選用的溶劑是 DMF，再將所得到的奈米複合材料進行熱性質檢測。
將 UPEO/L-MWCNT406 依照 0.02wt%、0.04wt%、0.08wt%、0.10wt%、
0.15wt%比例加入聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，之後在常溫下將混合物用磁 石攪拌約 3 小時，再導入模具放在烘箱 60℃下烘乾，再放入抽真空系統，
將溶劑用真空把他完全抽乾，所得到的的材料及可做量測與分析。
44
3-7 PVBU/L-MWCNT406 串在電極 GAP 上 3-7-1 儀器架設
1. 先架波型產生器和放大器，然後互相接好，將放大器接出兩個供電，上 面並用電線纏好，在開啟波形產生器及放大器的電源
2. 波形產生器設定在 300KHZ 、500MVPP
3. 再開倒立式，燈源先開左邊再開機台上的電源
4. 再開電腦程式 DPC，用錄影檔，拉到最後，load 資料 3-7-2 電極架設並串 PVBU/L-MWCNT406 在電極上
5. 把電極架上倒立式(左綠右藍)，放入溶液再按錄影，在按波形產生器的 output 等時間一到再按除，之後把多餘的溶劑烘乾移除
圖 3.4 原始電極 gap 圖 3.5 奈米碳管串聯在電極 gap 3-7-3 電極在不同金屬溶液下的形貌
將串有 PVBU/L-MWCNT406 的電極上，滴上 1000ppm 的金屬溶液 10μL，
利用 OM 及 SEM 觀察型貌的不同。
45
由圖4.1可以看出L-MWCNT406, UPEO/L-MWCNT406(1/10), 和 PEG350/L-MWCNT406 (1/10)分散在去離子水的情形，明顯可以看出 UPEO/L-MWCNT406 (1/10)為均勻的分散在去離子水而呈現黑色,另外