4-1 靜電紡絲過程
由於高分子材料的範圍非常廣泛，所以將高分子材料先選定為 生物可分解且較不易造成環境汙染的聚乳酸以及較為耐熱穩定的聚 碳酸酯。在外管溶液的配置過程中，將聚乳酸或是聚碳酸酯溶於有機 溶劑時，溶液均為透明無色。而內管溶液則是因為溶入高分子材料，
所以呈現較濃稠的膠體溶液。將內外管溶液通入同軸紡頭，通入高壓 電場作為驅動力，利用低沸點的物質作為溶劑，在電紡過程中溶劑便 極快揮發後形成紡絲。此外，形成紡絲的時候，紡絲會連續地在收集 滾筒上進行堆疊，經數分鐘後便可得到外觀為白色片狀的纖維薄膜。
若不移動紡頭位置，紡絲便會在同一位置進行堆疊，可能會使較先堆 疊的微孔陣列薄膜結構崩塌，且必須要將纖維攤開後才可獲得較平整 的纖維薄膜。但現今在電紡過程中已搭配上平移軸可使得紡頭可自由 地移動，將紡頭移動速度控制得宜，在收集滾筒上紡絲可連續地接上，
可獲得較大片之微孔陣列薄膜，如圖 4-1。因微孔陣列薄膜排列時均 為同一方向且緊密堆疊排列，所以稱之為陣列薄膜，裁取時也較為容 易。
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圖 4-1 微孔陣列薄膜之外觀型態
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4-2 薄膜型態觀察
本研究中選用兩種不同的材質，在同軸電紡裝置在整體操作上趨 於穩定，也成功利用同軸靜電紡絲技術製備出高度順向的陣列薄膜，
如圖 4-2。
所得到的微孔陣列薄膜利用掃描式電子顯微鏡觀測微孔陣列薄 膜之斷面 (cross section) 及表面結構，並且由圖 4-2 聚乳酸微孔陣列 薄膜之照片 (b) 與 (d)，可以明顯觀察出在外管溶液中添加約 40 % 之水溶性高分子 (d) 的表面孔洞數量較多且孔徑較大，主要原因就 是因為在外管溶液中添加水溶性高分子，置於去離子水經過超音波震 盪洗去水溶性高分子後所形成的表面孔洞。雖然 (b) 也有少許孔洞，
但主要原因是因為溶劑揮發所造成的，明顯與添加水溶性高分子的結 果有所不同。
圖 4-3 則為聚碳酸酯的斷面及表面結構，由於高分子材料的性質 不一，所紡織出的纖維陣列薄膜也會有所不同。同樣在外管溶液中添 加約 40 % 水溶性高分子的條件下，以聚乳酸微孔陣列薄膜之結構較 為完美。
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圖 4-2 乳酸微孔陣列薄膜之外觀型態
100 % 聚乳酸微孔陣列薄膜之斷面 (a) 及表面 (b) 60 % 聚乳酸微孔陣列薄膜之斷面 (c) 及表面 (d)
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圖 4-3 聚碳酸酯微孔陣列薄膜之外觀型態 100 % 聚碳酸酯微孔陣列薄膜之斷面 (a) 及表面 (b) 60 % 聚碳酸酯微孔陣列薄膜之斷面 (c) 及表面 (d)
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另外，在觀測微孔陣列薄膜之斷面時，若以刀片或剪刀直接裁切 樣品等之處理方法不當，可能會導致樣品橫切面受到擠壓而塌毀，所 以在使用掃描式電子顯微鏡拍攝斷面結構前，需先將微孔陣列薄膜做 處理。首先將紡織出的微孔陣列薄膜浸泡於去離子水中後再置入液態 氮中，藉由進入微孔陣列薄膜的水迅速結冰後使其脆化，在其條件下 扳折或裁剪可保持斷面的完整性。如圖 4-4 (b) 及 (c)，結構脆化不 均勻，導致部分結構在裁取時受到拉扯。
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圖 4-4 微孔陣列薄膜之斷面照片
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4-3 有機氣體之吸脫附
4-3-1 線上吸脫附裝置
因微孔陣列薄膜取的量極少，為了減少人為實驗誤差，所以設計 了簡易的線上吸脫附裝置，實驗裝置如圖 4-5。裝置腔體 (holding chamber) 以銅金屬製成，分別連接電磁閥、幫浦以及氮氣加壓端，
並且以不鏽鋼閥控制氣體流動。幫浦連接玻璃毛細管，延伸至丙酮液 體液面下，當氣體幫浦開啟時，氣體會直接經由玻璃毛細管注入至液 面下，帶動丙酮蒸氣往裝置腔體流通。待丙酮蒸氣流通約五分鐘以利 內部的吸附材質吸附丙酮蒸氣，接著以溫度控制器控制加熱帶，使溫 度到達設定值且平衡時，利用氮氣作為背壓使丙酮蒸氣快速脫附出腔 體進入氣相層析儀。並使用電腦控制電磁閥做穩定地自動進樣，待吸 附丙酮蒸氣後可以直接進樣，不需要再接觸到環境，使原先吸附之丙 酮蒸氣流失，避免在操作過程中造成誤差。
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圖 4-5 簡易吸脫附裝置示意圖 Background pressure
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圖 4-6 簡易吸脫附裝置照片 A：氣體幫浦
B：丙酮蒸氣 C：控制閥 D：電磁閥
E：吸附材料放置處
B A
C D
E
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4-3-2 進樣體積與頻率變化量之檢量線
在數據的計算上，微孔陣列薄膜所吸附的丙酮以重量呈現相對
較有意義，所以必須先建立系統來探討丙酮的吸附克數。
先以手動進樣做出丙酮飽和蒸汽壓體積對頻率變化量的檢量線，
之後以電磁閥進樣的頻率變化量換算成體積，再由體積量推算成丙酮 蒸氣的實際克數。
圖 4-7 進樣體積與頻率變化量
y = 0.0092x + 0.067 R² = 0.9895
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
0 20 40 60 80 100 120
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4-3-3 穩定測試
為了測試線上吸脫附裝置的設計在整體架構上的穩定性，以不 放入任何微孔陣列薄膜，同樣在吸附丙酮蒸氣五分鐘、脫附溫度五十 度的條件下利用 LabVIEW 程式控制電磁閥進樣與否進行測試。發 現整體裝置能有非常高的精準度以及穩定性。
縱軸為頻率變化量，橫軸為脫附時間。由圖 4-8 所示，隨著時 間軸增加，腔體內的丙酮蒸氣漸漸被稀釋掉，濃度越來越低。因腔體 內部沒有置入吸附材料，所以在短時間內就可以將丙酮蒸氣排出。此 外在進樣時，會有一固定的頻率變化量，是因為氣化室內的壓力瞬間 產生改變。
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0 20 40 60
7310 7305 7300 7295 7290 7285 7280
frequency (Hz)
time (min)
圖 4-8 進樣系統穩定性測試
Column : DB-VRX (29m x 0.45 mm, 0.25 micron) Column pressure : 15 psi
Carrier gas & Make-up gas : N2
Carrier gas flow : 55-65 mL/min Sample holder : 50 ℃
Oven & Inlet : 50 ℃ Injection time : 100 ms
Background pressure : 5 kg/cm2
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4-3-4 系統清潔方法
為了避免在實驗之間殘留的丙酮影響到吸脫附的訊號值，因此裝 置的清潔與否就顯得相當重要。通常將所有閥門打開，以氣體幫浦進 行吹除就可以將殘餘丙酮去除，若僅以氮氣作背壓進行測試仍有訊號，
則繼續重複步驟由於大部分之裝置均由金屬製成，若重複多次循環後 還是無法解決問題，可將整體裝置取下置入烘箱中將殘餘氣體去除。
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4-4 吸脫附效果比較
4-4-1 不同材質之比較
在本研究中將由自行架設的靜電紡絲裝置所紡出的微孔陣列薄 膜應用於有機氣體的吸脫附上，選用常見的丙酮作為標的物，並且與 市面上所販售之中空纖維 (ACCUREL® PP Q 3/1, wall thickness 200 ± 35 μm, I.D. 600 ± 90 μm) 做吸脫附效果之比較。藉由靜電紡絲裝置，
自行製造的微孔陣列薄膜陣列的內徑大小僅約二十毫米，管壁膜厚極 薄僅約兩毫米。微孔陣列薄膜非常微小，取相同重量的市售中空纖維 與自行紡織的微孔陣列薄膜來比較，在接觸面積佔有極大的優勢。
在高分子的材料選定上，選用生物易分解的聚乳酸以及物理性質 較穩定的聚碳酸酯。將兩種表面結構均無添加水溶性高分子的條件下 作比較，聚碳酸酯微孔陣列薄膜的吸脫附效果明顯較佳，推測和高分 子本身的物理性質有關，如圖 4-9。
在脫附溫度的選定上，以 50 ℃ 較為理想，因脫附溫度超過 60
℃，聚乳酸纖維會有軟化的現象，而聚碳酸纖維在 100 ℃ 仍顯現較 高的熱穩定性，為了比較材質的吸脫附能力，所以選定 50 ℃ 較佳。
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圖 4-9 不同材質吸脫附差異性
Column : DB-VRX (29 m x 0.45 mm, 0.25 micron ) Column pressure : 15 psi
Carrier gas & make-up gas : N2
Carrier gas flow : 55-65 mL/min Sample holder : 50 ℃
Oven & Inlet : 50 ℃ Injection time : 100 ms
Background pressure : 5 kg/cm2
0
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經實驗結果證明，無論是聚碳酸酯微孔陣列薄膜或是聚乳酸微孔 陣列薄膜，吸脫附效果均比市售中空纖維之效果佳，見表 4-1。
表 4-1 丙酮吸附克數比較
聚乳酸纖維 聚碳酸酯纖維
市售 中空纖維 外管溶液比例 100 % 60 % 100 % 60 %
每毫克微孔陣列薄膜吸
脫附量單位 (微克) 59.39 155.20 78.93 119.14 51.42
條件：
Column : DB-VRX (29 m x 0.45 mm, 0.25 micron) Column pressure : 15 psi
Carrier gas & make-up gas : N2
Carrier gas flow : 55-65 mL/min Sample holder : 50 ℃
Oven & inlet : 50 ℃ Injection time : 100 ms
Background pressure : 5 kg/cm2
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4-4-2 不同孔洞率之比較
調整高分子溶液中水溶性高分子的比例，經過震盪水洗後可控制 微孔陣列薄膜表面的孔洞率。但水溶性高分子的比例也不能太高，倘 若加入水溶性高分子之比例過高，經過震盪水洗後使得微孔陣列薄膜 孔洞太多導致結構塌陷。故在本研究中，外管溶液中含有 40 % 的水 溶性高分子溶液已幾乎為極限。
由於在外管溶液中添加水溶性高分子經過水洗震盪後，在微孔陣 列薄膜之表面上留下的孔洞，可以增加氣體的有效吸附面積，推測孔 洞率越高的微孔陣列薄膜可吸附的丙酮量越多，如圖 4-10。同樣地，
在整體實驗結果中也發現不論是聚乳酸微孔陣列或是聚碳酸酯微孔 陣列薄膜，60 % (外管溶液中含有 40 % 水溶性高分子溶液) 的薄膜 微孔陣列相較於 100 % 的微孔陣列薄膜吸脫附能力都比較高。
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圖 4-10 不同孔洞率吸脫附差異性
Column : DB-VRX (29 m x 0.45 mm, 0.25 micron) Column pressure : 15 psi
Carrier gas & make-up gas : N2
Carrier gas flow : 55-65 mL/min Sample holder : 50 ℃
Oven & inlet : 50 ℃ Injection time : 100 ms
Background pressure : 5 kg/cm2
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4-5 奈米銀溶液配製結果
本研究中嘗試三種不同的還原方法來製備奈米銀粒子，分別是鹽 酸羥胺還原法、檸檬酸鈉還原法與硼氫化鈉還原法。將三種不同奈米 銀溶液配好後分別塗佈在導電玻璃 (indium tin oxide, ITO) 上，使用 原 子力 顯微 鏡擷取 微觀 之影 像圖 ， 如圖 4-11， 並利 用 National Instruments Vision Assistant 2012 推估粒徑大小。實驗中使用之硝酸 銀及氫氧化鈉等藥品的濃度以及混合攪拌的時間均會影響奈米銀膠 體溶液中銀粒子之粒徑大小。
本實驗利用 UV-VIS 偵測器測試奈米銀溶液配製是否成功，而 所使用的 UV 吸收光譜儀型號為 HEWLETT PACKARD 8453。測量 的方法為取 1 mL 奈米銀膠體溶液直接放入 UV 用之樣品槽中，再 加入 3 mL 的去離子水稀釋後測量。觀察其 UV-Vis 光譜吸收位置。
而不同粒徑大小之奈米銀溶液，因為其表面積大小及接觸面的不 同，其對於具有表面增強拉曼活性的樣品所接觸的情形不一，而所增
而不同粒徑大小之奈米銀溶液，因為其表面積大小及接觸面的不 同，其對於具有表面增強拉曼活性的樣品所接觸的情形不一，而所增