3-1 實驗流程
實驗分為二部分：第一部分為氧化石墨烯的合成以及複合材料 的製備。利用 Hummers Method 將石墨烯氧化成氧化石墨烯，利用 IR、RAMAN、SEM、XRD、等儀器分析測試其官能基或結構的變 化。繼而 GO 與環氧樹脂混合製成氧化石墨烯/環氧樹脂(GO/EP)複 合材料，探討溶劑種類和添加量，對於複合材料熱傳性質的影響。
第二部分為合成一種新型高分子分散劑，探討單體比例和起始劑含 量，對於合成的分散劑性質的影響，以及對於複合材料熱傳性質提 升的程度。另外，再添加氮化鋁來增強 GO 三維空間結構網絡，並 與商業分散劑 SDS 的效果做比較，流程如圖 3-1。
。
圖 3-1:實驗流程圖
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3-2 實驗儀器與藥品
3-2-1 材料與藥品 Graphene，高達光，台
Graphene Oxide，安固強 編號: N002-PD，台 Aluminium Nitride (AlN)，Alfa Aesar，英
Sodium nitrate (NaNO3)，Acros Organics，比利時 Sulfuric acid (H2SO4)，Scharlau，95%-97%，西 Hydrochloric acid (HCl)，Fisher，37%，美
Potassium permanganate (KMnO4)，Fisher，美 Hydrogen peroxide(H2O2)，Acros Organics，比利時 Toluene，Acros Organics，98%，比利時
Acetone，Acros Organics，98%,，比利時 Ethyl Acetate，鼎好化工，98%，台
N,N-dimethylformide (DMF)，pharmco，98%，美 Tetrahydrofuran (THF)，Honeywell，99.6%，美 Ethyl Alcohol，SHIMAKYU，98%，日
Epoxy，SANHO Chemical，KINGEPO SEP-84，台
Triethylenetetramine(CH2NHCH2CH2NH2) 97%，Sigma-Aldrich，美
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Ethylene glycol phenyl ether acrylate (C11H12O3,mw:192.21) Acros Organics，比利時
2-[[(Butylamino)carbonyl]oxy]ethyl acrylate (C10H16O3N,mw: 215.25 )，
Acros Organics，比利時
Azobisisobutyronitrile，Acros Organics，98%，比利時
Sodium dodecyl sulfate(C12H25O4S, mw:288)，Acros Organics，99%，
比利時
表 3-1 GOB 的基本性質 Number of GO layers Few layers
Appearence Dark brown powder Particle size < 10 m
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3-2-2 實驗設備
球磨機: (FRITSCH T2C Nr.901061) 烘箱: (Channel DV-902)
超音波震盪機: (Branson 3200) 離心機(CF-15C-T 3200 RPM)
熱傳測試機(Thermal conductivity analyzer)TCA，北科大 傅里葉轉換紅外光譜 Fourier transform infrared
spectroscopy(FTIR)( Perkin Elmer Paragon 500 FT-IR)，美
核磁共振 Nuclear Magnetic Resonance(NMR) (Bruker Ultra shied 500 MHz) ，德
X-光繞射 X-ray diffraction(XRD)(Burk D8 Advance)，德
掃描電子顯微鏡Scanning Electron Microscope(SEM) (JEOL JSM-6500F Scanning Electron Microscope)，日
差示掃描量熱法Differential scanning calorimetry(DSC)(METTLER TOLEDO DSC822)，美
共焦拉曼光譜量測設備(JASCO/NRS-4100)，台
紫外線/可見光吸收光譜儀(UV/Visible Absorption Spectrometer) (HEWLETT PACKARD 8453)，美
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3-3 實驗方法
3-3-1 氧化石墨烯的製備
利用 Hummers method 將石墨烯氧化成氧化石墨烯：
1. 先將 1g 石墨烯放置於 500ml 燒杯，依序加入 50ml 濃硫酸，1g 硝酸鈉，0°c 冰浴下，用磁石攪拌均勻後，加入 6g 過錳酸鉀，
由於會產生大量反應熱，故需緩慢加入，此時石墨烯顏色會從 黑色轉變成墨綠色或紫棕色，冰浴時間持續 1 小時。
2. 將燒杯從冰浴移至油浴在恆溫 35°c 下反應，反應 2 小時，至溶 液會呈現黏稠狀以及棕色，適時加入一些蒸餾水幫助攪拌順 暢。
3. 將溫度上升至 95°c，反應 1 小時，此時溶液呈現土黃色，將溶 液冷卻至室溫，加入過氧化氫，還原過量的過錳酸鉀後，溶液 會呈現亮黃色。
4. 經過 10%鹽酸水洗、離心後，放置烘箱中乾燥得到氧化石墨烯
固體。
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3-3-2 分散劑合成
經由一些文獻的分析得知中高分子分散劑的結構，通常一端為苯 環類的結構，以便附著或與石墨烯作用；另一端則為長鏈型，
bulky，或是帶有環氧基，氨基類等，以加強立體障礙或是與環氧樹 脂的作用力(35)-(38)。
本研究選擇兩種單體：Ethylene glycol phenyl ether acrylate(EGA)和 2-[[(Butylamino)carbonyl]oxy]ethyl acrylate(BCA)來合成分散劑
(PEB)。EGA 結構帶有苯環，可以藉由- stacking 附著在石墨烯 上，而醚類(C-O-C)的長鏈可以產生立體障礙；另外，BCA 與類似 於 PU 結構，帶有長鏈增加立體障礙，以及氨基加強與環氧樹脂環 氧基的作用力。圖 3-2 為合成分散劑 PEB 的反應方程式：合成反應 式如下圖:
圖 3-2:合成 PEB 的反應方程式
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如表 3-1 所示，實驗過程中將不同比例、起始劑加入圓底瓶中，再 加入 6mL DMF、適量起始劑，攪拌至溶解。在 70℃油浴中反應 18 小時後取出，用乙酸乙酯和水過濾、純化高分子產物後，放入烘箱 烘乾得到黃色黏稠狀的 PEB。
表 3-2:高分子合成條件
BCA/EGA AIBN (%) Yield(wt%)
PEB11 0.5 0.5 60%
PEB12 0.75 63%
PEB13 1 67%
PEB21 1 0.5 60%
PEB22 0.75 64%
PEB23 1 70%
PEB31 2 0.5 50%
PEB32 0.75 57%
PEB33 1 60%
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3-3-3 石墨烯/氮化鋁環氧樹脂複合材料製備
1. 取氧化石墨烯固體 0.05g 放入 sample 罐，加入約 3-4ml DMF 溶 劑，放入超音波震盪 30 分，使氧化石墨烯分散在溶劑中。
2. 加入分散劑於溶液當中，磁石攪拌 30 分後放入超音波震盪 30 分，重複上述步驟 3 次。(加入第二種摻料氮化鋁，一樣步驟重複 3 次)
3. 加入環氧樹脂 1g，磁石攪拌 30 分後放入超音波震盪 30 分，重複 步驟 3 次。取出放入球磨罐球磨 3 分鐘。
4. 將球磨過後的溶液取出，塗抹在 teflon 試片，先放入烘箱 80°c 2 小時，再升溫至 120°c 2 小時。
5. 從 teflon 試片取下複合材料，量測熱傳。
37 D-chloroform 中，並將溶液加入 NMR tube 中，放入 NMR，偵測的 圖譜可以是氫譜圖或是碳譜圖，出來圖譜用以判斷高分子結構是否
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合物會產生相異{2θhkl ,Ihkl}，稱為繞射圖譜，(Diffraction Pattern)，藉 由得到不同繞射角可以用來作用於氮化鋁以及石墨烯的定性分析。
熱傳測試機(TCA)
用於量測導熱膠的導熱數值，採用 ASTM D-5470 規範熱傳導係 數量測儀的清華大學熱性能測試機， 使用已知材料性質的金屬(銅) 作為量具，如圖 3-3 所示，並提供穩定的功率熱源條件下，金屬(銅) 將熱源溫度進行熱傳，並且在等間距的加熱端與冷卻端分別埋入三 條熱電偶，分別紀錄加熱端三處(TL3、TL2、TL1)及冷卻端三處 (TU3、TU2、TU1)中各點的溫度，再根據內差法求出試片上、下方 的溫度 Tc、Td 以及銅柱散熱端所移走的熱量 Qout，求出此熱介面 材料的熱阻抗係數。
圖 3-3:熱傳測試機 (50) 差示掃描量熱法(DSC)
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差示掃描量熱法用於測量材料的熱學性質，將氧化石墨烯/環氧 樹脂複合材料樣品約 5mg 打碇，放入 DSC，開啟氮氣瓶，設定加熱 速度約 20°c/min，溫度測試範圍為 30°c 至 250°。測完可得知玻璃轉 移溫度(Tg )，熔點沸點，結晶溫度時間，動力學等。而藉由不同 Tg
變化，觀察複合材料在熱穩定性的提升。
掃描電子顯微鏡(SEM)
掃瞄式電子顯微鏡(SEM)用於觀察觀察導熱粉體於環氧樹脂裡的 分散情形，以及粉體形狀粒徑判斷。先將樣品放置在烘箱烘乾一天 後，加以研磨，並灑於碳膠帶上，蒸鍍上金，進行 HR-SEM 觀察。
紫外線/可見光吸收光譜儀(UV/Visible Absorption Spectrometer)
紫外線/可見光吸收光譜儀用於觀察沉降實驗中的石墨烯含量，
將沉降實驗的上層液體取出，烘乾秤重並配置 0.05mg/ml 的水溶 液，放入 UV ，波長設在 480nm，掃描範圍從 200nm 到 600nm。
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