3-1 實驗設備與材料
本研究是利用化學氧化還原方法來回收出含銀的電鍍液，因此此銀回收技術 需要用到的設備與材料如表 3-1 所示：當在進行化學氧化還原法時，會使用到一些 加熱與攪拌的儀器，之後為了要將雜質與多餘的材料清出，會使用過濾的一些器 材，並利用相機拍照記錄與存檔。
之後會進行電鍍銀技術的部分，所需的設備與材料如表 3-2 所示：當成功取得 含銀的電鍍液後，會進行電鍍銀入奈米模板孔洞中的實驗，此時所需要的設備與 器材是要能控制電鍍的參數穩定性與試片的處理。最後將電鍍成功的試片拿去進 行儀器檢測，檢測出來的微結構分析就可作為實驗的分析成果。
表 3-1 銀回收技術實驗設備與材料
儀器
1. 化學抽風櫃 3. 加熱盤
2. 磁石攪拌器 4. 簡易離心機
器材
1. 剪刀 6. 過濾紙
2. 燒杯 7. 鑷子
3. 保鮮膜 8. 溫度計
4. 墊紙 9. 量杯
5. 棕瓶 10. 砂紙
材料
1. 硝酸 3. 含銀廢棄鍵盤
2. 蒸餾水 4. 銅棒
表 3-2 電鍍技術實驗設備與材料
儀器
1. 超音波震盪器 4. 加熱恆溫槽
2. 脈衝電源供應器 5. 掃描式電子顯微鏡
3. 軟體桌上型電腦 6. 電子顯微鏡
器材
1. 鋁箔紙 4. 電線
2. 鉑金陽極片 5. 模具
3. 溫度計 6. 棕瓶
材料
3-2 實驗流程圖
本實驗整個完整的流程，如圖 3-1 所示。整個實驗再根據兩大技術細分成不同 的部分，如圖 3-2(a)與圖 3-2(b)所示。一部分為從廢棄材料那利用化學法回收出含 銀的電鍍液，另一部分是直接拿回收的電鍍液來進行再利用，使用電鍍法的方法 將其電鍍於奈米模板孔洞中，未來可以進行吸收少量硫蒸氣與電鍍其他金屬合成 來當作感測器的應用。
圖 3-1 銀回收與電鍍銀實驗流程圖 脈衝電鍍銀填入奈米孔洞
過濾雜質與多餘液體
回收含銀電鍍液
組裝脈衝電鍍設備
設定電鍍參數 硝酸溶解
微結構分析 導電含銀廢棄鍵盤
奈米孔洞觀察 SEM 金相顯微結構觀察 OM
圖 3-2(a) 銀回收技術流程圖 過濾雜質
蒸發多餘液體
回收含銀電鍍液
防光瓶子保存再利用 硝酸溶解 導電含銀廢棄鍵盤
圖 3-2(b) 電鍍銀技術流程圖 試片放入模具
組裝脈衝電鍍設備
設定電鍍參數
開啟超音波震洗機
控制溫度 60℃
加熱電鍍液
脈衝電鍍 Ag 入奈米孔洞
清洗 AAO 試片
微結構分析
奈米孔洞觀察 SEM 金相顯微結構觀察 OM
3-3 實驗步驟
3-3-2 製備多孔性陽極氧化鋁薄膜
將鋁材(99.7%)經機械研磨至砂紙 2000 號，使其粗糙的表面趨於平坦後，將其 置於熱處理爐進行 500℃一個小時的退火處理，去除其表面應力。之後將其鋁材至 於電解液(15%過氯酸+15%單丁醚乙二酯+15%乙醇)中進行電解拋光十分鐘，使其 表面經由熱處理所產生的氧化層去除，就可將其鋁材放入陽極處理液(10%磷酸)中 進行 20 個小時的陽極處理，使鋁材表面開始生成陣列式孔洞。由於其第一次陽極 處理所生成的孔洞薄膜排列雜亂，因此要先將第一次陽極處理模放入移除液(1.8%
鉻酸+6%磷酸)中，去除第一次薄膜。之後再進行第二次陽極處理液中進行第二次 陽極處理，使其鋁材表面生成有順序排列的陣列式孔洞薄膜。最後將其背面的鋁 基材放入移除液(8%鹽酸+20%氯化銅)中進行移除，移除之後就會得到一多孔性陽 極氧化鋁薄膜了，如圖 3-4 所示。
圖 3-4 多孔性陽極氧化鋁薄膜[24]
3-3-3 銀回收技術
不管是桌上型電腦所使用的鍵盤，還是筆記型電腦所使用的鍵盤，其組成主 要都是由導電銀漿和高分子塑料所構成的，當鍵盤遭到淘汰後，我們將其鍵盤經
由拆解使其外殼去除，留下含銀的內部導線部分，如圖 3-5 所示。通常為了避免在 使用的途中將其內部導線刮除導致斷路的問題，在製造內部線路後會於表面添加 保護線路的塑膠，因此要將其保護塑膠膜撕除，才能得到含銀的內部導線，如圖 3-6 所示。其整個鍵盤的內部材料分解如圖 3-7 所示。而導電銀漿的主要成分為高 純度的(99.9%)金屬銀的微粒，另外還有一些黏合劑、溶劑、助劑等等物質一起所 組成的一種混和物的黏稠狀的漿料。
先將其由兩層塑料包覆住的導電銀漿從中撕開，然後將含銀的廢棄鍵盤用剪
刀進行適當的裁切後，如圖 3-8 所示，並浸漬於含有硝酸液體的燒杯中，燒杯蓋上
保鮮膜以防加熱中硝酸蒸發，再置於加熱盤進行加熱溶解，慢慢地銀漿上的含銀
線路就會剝落並溶於硝酸中。等到鍵盤上銀線路都溶入硝酸中，將其塑料用鑷子
夾出，並用過濾紙過濾不要雜質。之後放入加熱盤上使其多餘硝酸蒸發得到硝酸
銀塊，再將硝酸銀加入蒸餾水回收成含銀的電鍍液。
圖 3-6 含銀薄膜式鍵盤內部
圖 3-7 含銀薄膜式鍵盤示意圖
保護線路塑膠
塑料
塑料 導電銀漿線路
導電銀漿線路 黏劑
圖 3-8 含銀鍵盤線路圖
3-3-4 銀電鍍於奈米孔洞
所謂電鍍為一種從外部接電流來進行表面沉積的技術，也就是利用電極通過 電流的原理產生電分解反應，在製品表面上附著一層金屬皮膜。因此要將試片進 行電鍍，其試片本身要為導體才能形成一個通路。陽極氧化鋁(AAO)模板為奈米等 級的非導體材料，所以必須先進行前處理的部分，因此將其試片背面進行鍍鎳電 極的方式，使其表面能導電，之後再把 AAO 試片放置於含銀的電鍍液中才能開始 進行電鍍。
通常一個電解過程包括了：電解液、陽極以及陰極。電解溶液是一個含有鍍 金屬的離子，經由此等離子之移動而能導電。當通電時，溶液中的陰電荷會朝向 陽極移動，是為陰離子；反之，帶正電荷則會朝向陰極移動，是為陰離子。這些 帶電荷之粒子我們就稱為離子。而放出電子產生氧化反應之電極稱之為陽極，得 到電子產生還原反應的電極稱之為陰極。其原理是由法拉第定律，也就是電分解
定律得知。因此我們可以當在陽極與陰極間通入電流後，吸引電解液中的金屬離 子會至陰極沉積，同時陽極表面的金屬離子會仍入電解液中進行還原，使其電解 液能再度反應於陰極沉積。因此於此實驗中，含銀的電鍍液就為電解液，待鍍的 AAO 試片為陰極，鉑金片為陽極來進行電鍍反應，實驗設備如圖 3-9 所示。其超 音波震盪機、脈衝電源供應器和參數軟體如圖 3-10(a)、圖 3-10(b)和圖 3-10(c)所示。
首先，將其 AAO 試片裝入模具中，當作陰極；將不會與硝酸銀電鍍液反應的 鉑金片當作陽極，一起放入含銀的電鍍液中進行電鍍。為了確保鍍層之均勻性，
將其燒杯置於超音波震洗器中，讓其離子能經由震盪於溶液中均勻沉積在陰極試 片孔洞裡。再加上含銀的硝酸銀電鍍液溫度要控制高於 60℃，假如低於此溫度會 導致硝酸銀液中的銀結晶成塊，讓其電阻增大，使其電壓變得不穩定，電鍍銀實 驗示意圖如圖 3-11 所示。
之後，就可以進行脈衝電鍍。由於一般電鍍就是只有一電流連續的進行反應，
導致電鍍液還沒來的及進行還原反應，期會造成電鍍結果的均勻性影響。因此本 研究為了避免採用一般電鍍造成電鍍品質，於此選用擁有休鍍時段的脈衝電鍍來 進行實驗。於脈衝電鍍的過程中，其電鍍議會於休鍍時段進行還原，使其於下一 個電鍍時段能擁有更多的銀離子進行沉積，本研究將採用定電流之最佳脈衝參數 為：於-10mA 電流時休鍍一秒使其電鍍液進行還原，於+30mA 電流時電鍍兩秒使 其電鍍過程繼續反應，形成一個循環並進行 600s 的總電鍍時間，使其試片能鍍得 更成功品質更好，如圖 3-12 所示。
圖 3-9 電鍍銀於奈米孔洞實驗設備圖
圖 3-10(a) 電鍍銀實驗超音波震洗機：使電鍍過程中銀離子能更均勻散佈於試片中
圖 3-10(b) 電鍍銀實驗脈衝電源供應器：為使其電鍍過程中能有讓電鍍液還原的休 鍍時間
圖 3-11 電鍍銀於奈米孔洞實驗示意圖：將放入模具的試片放入電鍍液中作為陰 極，連接負電流；將穩定的鉑金片作為陽極產生離子讓電鍍液進行還原，並連接 正電流；使用超音波震洗機使電鍍更均勻。
陰極 脈衝電源供應器 陽極
AAO 試片
鉑 金 片
銀電鍍液
超 音 波 震 洗 機
圖 3-12 脈衝電鍍參數設定示意圖：P1 為休鍍時間設定；P2 為電鍍沉積的時間設 定
s
(秒)P1
P2
P1
P2
mA
(
毫安培)
3-4 檢測與分析
3-4-1 光學顯微鏡分析
光學顯微鏡(Optical Microscopy, 簡稱 OM)顧名思義主要是一種經由光學反 應，使其由透鏡產生影像放大效應的顯微鏡。也就是由物體入射的光被多個物鏡 和目鏡放大而產生的影像分析儀器。經由光學反應先從物鏡產生一個被放大實 像，人的眼睛再透過其作用相當於放大鏡的目鏡來做觀看，觀察其由物鏡放大的 實像。而 OM 的儀器裝置比起其他較精密之顯微鏡較屬簡便，儀器之可見光的波 長卻高達 4000-7000 埃，相比下來，在觀察影像分析上的解析度就比較差。
於此研究中，我們與聯合大學能源工程所陳建仲博士實驗室合作，用其實驗 室中 Nikon ECLIPSE LV150 規格的 OM 儀器來做本研究的試片觀察。雖然說比起 OM，其掃描電子顯微鏡（Scanning Electron Microscope；簡稱 SEM）能換得較佳 的解析度與較大的放大倍率，但是由 OM 的成像系統來看其視野較大，可看出表 面的凹凸。因此在本研究中，將其試片浸泡入含銀的電鍍液中，進行脈衝電鍍之 後，其電鍍的試片可先用 OM 觀察其試片表面的現象，先進行初步的觀察，假使 其表面的電鍍顏色與顆粒散佈均勻、薄膜無明顯破洞與銀沉積是否結塊等等因 素，可以免於將其失敗試片拿去拍掃描試電子顯微鏡，才發覺其試片無觀察價值 浪費時間。所以於 OM 初步觀察之後再將其成功的試片拿去做 SEM 來觀察其奈米 孔洞中的電鍍結構，如圖 3-13 所示。
3-4-2 掃描式電子顯微鏡分析
掃描電子顯微鏡（Scanning Electron Microscope；簡稱 SEM）。是一種由電子 源發射出電子後，利用發射出的電子產生的電子束，來掃描樣品表面，從而獲得 樣品信息的電子顯微鏡。而由電子源發出的電子在真空電子槍內下，電子束經由 掃瞄線圈對試片表面進行掃瞄，掃瞄之區域愈大則顯示於螢幕上之倍率愈小，反 之則愈大。當電子束作用於試片表面時，由電子束會激發出電子訊號，電子訊號 就會使其試片室內的偵測器開始偵測，偵測其訊號後經數位放大後在螢幕上顯 像。而此儀器會產生三維的樣品表面高解析度圖像，因此 SEM 比起光學顯微鏡就 常被用來觀察其樣品的表面結構。
本研究我們與聯合大學化材所儀器室合作，借助於其儀器室中 3100708-004 規格的場發式高解析掃描式電子顯微鏡來進行試片的檢測。於本研究我們將其已 進行過初步光學顯微鏡的表面電鍍成果觀察的成功試片，放入場發式真空型 SEM 中進行其奈米結構的電鍍成果。我們可以從掃描出來的照片發現，經由脈衝電鍍
本研究我們與聯合大學化材所儀器室合作，借助於其儀器室中 3100708-004 規格的場發式高解析掃描式電子顯微鏡來進行試片的檢測。於本研究我們將其已 進行過初步光學顯微鏡的表面電鍍成果觀察的成功試片，放入場發式真空型 SEM 中進行其奈米結構的電鍍成果。我們可以從掃描出來的照片發現，經由脈衝電鍍