4-1 奈米碳管超疏水表面
4-1-1 不同奈米碳管與震盪方式對成膜與疏水性質之影響
圖 4-1 為樣品 A1，由 a 圖可以看出由浸入式超音波震盪機震盪後，CNT1 與 BZ 完整的沉積於玻璃基板上，擁有良好的成膜性，b 圖為水滴接觸角，角 度約為 152.32°，達到超疏水的效果。
圖 4-1 樣品 A1，(a)樣品表面(b)水滴接觸角
圖 4-2 為樣品 A2，由 a 圖可以看出由浸入式超音波震盪機震盪後，CNT1 完整的沉積於玻璃基板上，成膜性好，B 圖為水滴接觸角，角度約為 152.30°，
達到超疏水的效果。
圖 4-2 樣品 A2，(a)樣品表面(b)水滴接觸角
圖 4-3 為樣品 A3，由 a 圖可以看出 CNT1 使用一般超音波震盪機震盪後，
碳管(CNT1)均勻的分散於試片上，具有良好的成膜性，水滴角接觸角為 148.05°僅有疏水效果未達到超疏水的效果。
圖 4-3 樣品 A3，(a)樣品表面(b)水滴接觸角
圖 4-4 為樣品 A4，從 a 圖可以看出 CNT1 與 BZ 在試片表面上成膜情況 良好，分散的十分均勻，b 圖水滴接觸角為 153.92°，達到超疏水效果。比起 樣品 A3，發現震盪 60 分鐘的樣品 A4，具有更好的成膜性以及更好的疏水效 果甚至達到超疏水效果。
圖 4-4 樣品 A4，(a)樣品表面(b)水滴接觸角
圖 4-5 為樣品 A5，可以從 a 圖看到表面沉積的十分均勻，表示成膜性很 好，但是因為震盪時間過久的原因讓 CNT1 與 BZ 分散過於均勻，使得此樣 品表面不像前幾個樣品依樣粗糙，從 b 圖來看水滴接觸角只有 134.37°，僅有 到疏水特性。
圖 4-5 樣品 A5，(a)樣品表面(b)水滴接觸角
圖 4-6 為樣品 B，從圖中可以看到此種 CNT2 與 BZ 無法於玻璃基板上完 整的覆蓋，因為成膜性不佳，沒有再繼續往水滴接觸角以及其他震盪功率與 震盪方式來製作奈米碳管膜。
圖 4-6 樣品 B 表面
圖 4-7 為樣品 C1，從 a 圖來看，使用浸入式的超音波震盪的 CNT3 與 BZ 可以分常完整的成膜於玻璃基板上，而圖 b 為水滴接觸角，角度為 153.48o， 有達到超疏水的效果。
圖 4-7 樣品 C1，(a)樣品表面(b)水滴接觸角
圖 4-8 為樣品 C2，a 圖為樣品 C2 的表面，可以看出跟樣品 C1 相同，CNT3 很完整的成膜於玻璃基板上，成膜性很好，也就是浸入式震盪機的震盪功率 對於奈米碳管的成膜性比較沒有那麼大的影響，b 圖水滴接觸角為 152.70°有 達到超疏水的效果。
圖 4-8 樣品 C2，(a)樣品表面(b)水滴接觸角
圖 4-9 為樣品 C3，圖 a 為樣品表面，可以看出使用一般的超音波震盪機 也能使 CNT3 與 BZ 很好的成膜於玻璃基板上，b 圖顯示水滴接觸角為 149.78°，
接近超疏水的效果。
圖 4-9 樣品 C3，(a)樣品表面(b)水滴接觸角
圖 4-10 為樣品 C4，從 a 圖可以看出 CNT3 與 BZ 均勻的沉積，成膜性很 好，b 圖水滴接觸角為 148.71o，接近超疏水的效果，一般的超音波震盪 30 分 鐘與 60 分鐘對於 CNT3 沒有太大明顯的不同。
圖 4-10 樣品 C4，(a)樣品表面(b)水滴接觸角
圖 4-11 為樣品 C5，從圖 a 可看出 CNT3 與 BZ 良好的成膜於玻璃基板上，
成膜性佳，但因為震盪時間過久，使得 CNT3 過於分散，從 b 圖水滴接觸角 可以看到角度為 121.71°，只有疏水效果，並沒有到超疏水的效果。
圖 4-11 樣品 C5，(a)樣品表面(b)水滴接觸角
圖 4-12 為樣品 D，從圖中可以看到 CNT4 與 BZ 無法於玻璃基板上完整 的覆蓋，因為成膜性不佳，沒有往水滴接觸角以及其他震盪功率與震盪方式 來製作奈米碳管膜。
圖 4-12 樣品 D 表面
4-1-2 鉛筆硬度測試
圖 4-13 為樣品 A1 的 SEM 圖，雖然浸入式超音波震盪的功率較低只有 20%，
但是可以看到 CNT1 與 BZ 相互交聯在一起，CNT/BZ 中間有空隙讓些微空氣存 在，因此能夠達到超疏水效果，由於 CNT1 與 BZ 交聯緊密故此樣品擁有良好 的機械性質，鉛筆硬度能達到 5H。
圖 4-13 樣品 A1 的 SEM 圖(a)500 倍；(b)1K 倍；(c)5K 倍；(d)10K 倍
圖 4-14 樣品 A2 的 SEM 圖，與樣品 A1 是一樣的 CNT 型號，只是浸入式超 音波震盪機震盪功率更強，提高為 40%，亦可以看到 CNT 與 BZ 相互交聯在一 起，中間有空隙可以讓些微空氣存在，達到超疏水效果，因為 CNT 與 BZ 交聯 緊密擁有良好的機械性質，從 A1 跟 A2 可以發現震盪功率對 CNT1 的超疏水及 機械性質影響沒有太大。
圖 4-14 樣品 A2 的 SEM 圖(a)500 倍；(b)1K 倍；(c)5K 倍；(d)10K 倍
圖 4-15 為樣品 A5 的 SEM 圖，使用一般超音波震盪機震盪的 CNT1 在低 倍下，儘管是與 Benzoxazine 互相交聯、分布均勻，卻在圖 a 與圖 b 中可以看 到部分有破口，而在高倍下，看到 CNT1 與 Benzoxazine 是以一層一層的方式 沉積，類似石墨的結構，層與層之間的鍵結力很小，導致機械性質不佳，鉛 筆硬度只能承受到 B。
圖 4-15 樣品 A5 的 SEM 圖(a)500 倍；(b)1K 倍；(c)5K 倍；(d)10K 倍
圖 4-16 為樣品 C2，在低倍下，儘管 CNT3 與 Benzoxazine 互相交聯、分 布均勻，卻可以看到再一些地方會有破洞、空隙，在較高的倍率下，看到 CNT3 並沒有被 Benzoxazine 完整的包覆起來，反而含能看到有一些奈米碳管裸露出 來，中間的空隙能讓空氣存在而， 達到超疏水效果，以一層一層沉積的方式 曾與曾之間的鍵結很弱，鉛筆硬度只能承受到 7B。
圖 4-16 樣品 C2 的 SEM 圖(a)500 倍；(b)1K 倍；(c)5K 倍；(d)10K 倍
4-1-4 耐溶劑測試
本實驗從全部樣品當中，選擇成膜性好、具有超疏水及機械性質較佳的 樣品 A2，浸泡在 hexane、Acetone、EA、MEK、toluene 五種不同溶劑中，經 過 120 分鐘，觀察其疏水性，可以發現浸泡前與浸泡後的水滴接觸角沒有太 大的改變，亦還具有著超疏水的效果，水滴接觸角皆大於 150o。
圖 4-17 樣品 A 耐溶劑圖(藍色為浸泡前紅色為浸泡後)
4-1-5 耐溫度測試
本實驗從全部樣品當中，選擇成膜性好、具有超疏水及機械性質較佳的 樣品 A2 放入烘箱中並升溫至 180 oC，持溫 1 小時、2 小時、4 小時及 24 小時，
並量測水滴接觸角以檢視其疏水效果。
圖 4-18 升溫並持溫後水滴角照片，(A)持溫 1hr；(B)持溫 2hr；(C)持溫 4hr；
(D)持溫 24hr
從圖 4-18 可觀察出，此試片受到溫度的影響非常小，在 180oC 的環境下 放置 24 小時還是有達到超疏水(>150o)的效果。
4-2 咖啡渣
4-2-1 改質後咖啡渣與油和水表面接觸
圖 4-19 水滴於咖啡渣表面
圖 4-20 3.5wt%的鹽水滴於咖啡渣表面
圖 4-21 正己烷在水中立於咖啡渣上
實驗結果顯示，在疏水改質的咖啡渣上，水(圖 4-20)與 3.5 wt%的鹽水(圖 4-21)都能立著不會攤平，表示咖啡渣具有一定的疏水效果。然而在另一方面，
我們將親水改質的咖啡渣鋪平於玻璃基板，在放置水中使其在充滿水的環境 下，將油滴立於表面，沒有攤平表示咖啡渣在水中具有一定的疏油效果。
4-2-2 咖啡渣於水和油中分散情形
圖 4-22 未改質咖啡渣於(a)水中(b)油中分散情形
實驗結果顯示，未經改質的咖啡渣放置於水中或油中時，均會分散於溶 液中，因咖啡渣較重多數會沉在底部。
圖 4-23 疏水改質咖啡渣於(a)水中(b)油中分散情形
實驗結果顯示，經疏水改質後的咖啡渣會浮在水的上面，而放置於油中 的時候會均勻分散於油中。
圖 4-24 親水改質咖啡渣於(a)水中(b)油中分散情形
實驗結果顯示，經過親水改質的咖啡渣在水中會呈現均勻分布的樣子，
另一方面放置於油中，咖啡渣比油還重因而沉到瓶底。
4-2-3 咖啡渣表面微結構與成分
本實驗使用掃描式電子顯微鏡觀察尚未碳化、碳化後、親水改質與疏水 改質後咖啡渣的表面微結構差異，並使用 EDS 來做咖啡渣成分分析。
圖 4-25 未碳化之 SEM 圖(a)500 倍(b)2000 倍(c)7000 倍(d)10000 倍
圖 4-26 未碳化咖啡渣 EDS 圖
表 4-2 未碳化咖啡渣之重量百分比
圖 4-27 碳化後之 SEM 圖(a)500 倍(b)2000 倍(c)7000 倍(d)10000 倍
圖 4-28 碳化後咖啡渣 EDS 圖
表 4-3 未碳化咖啡渣之重量百分比
咖啡渣為多孔性材料，實驗結果顯示碳化前後表面都具有皺褶、孔隙，
從低倍來看可以發現碳化之後的咖啡渣尺寸相較於沒有碳化的咖啡渣要小，
小孔徑的材料非常適合使用於分離油/水乳化液。從 EDS 圖來看碳化後咖啡渣 的碳含量明顯提升。
圖 4-29 疏水改質後 SEM 圖(a)500 倍(b)2000 倍(c)10000 倍(d)20000 倍
圖 4-30 疏水改質後 EDS 圖
表 4-4 疏水改質碳化咖啡渣之重量百分比
圖 4-31 親水改質後 SEM 圖(a)500 倍(b)2000 倍(c)10000 倍(d)20000 倍
圖 4-32 親水改質後 EDS 圖
表 4-5 親水改質碳化咖啡渣之重量百分比
實驗結果顯示碳化後的咖啡渣具有多孔的結構，可以讓用來作為油/水混 合液和乳化液的分離材料，顯微結構上的粗糙度加上不同的改質液，能夠使 咖啡渣變成超疏水或超親水的材料。超疏水咖啡渣使用含氟改質劑，從 EDS 圖來可以發現與其他 EDS 圖不同的地方，疏水改質後多了 F 這個元素，證明 疏水改質液有成功的分布於咖啡渣上。
4-3 油/水分離
4-3-1 油/水混合液分離
本實驗將疏水改質的咖啡渣 0.25g，裝入 25mm 玻璃過濾漏斗，底下放置 濾紙上頭放置些微棉花壓緊，避免咖啡渣因為溶液倒入而飄起來。將水染成 黃色，利用重力方法，進行正己烷、正十六烷、異辛烷及正辛烷一般油/水分 離。
圖 4-33 正己烷/水分離過程
圖 4-34 異辛烷/水分離過程
圖 4-35 正辛烷/水分離過程
圖 4-36 正十六烷/水分離過程
實驗結果顯示疏水改質的咖啡渣經過溶劑潤濕後，水經過咖啡渣時會因 為咖啡渣微小孔隙上的含氟改質劑而被阻擋，成功的分離正己烷、異辛烷、
正辛烷、正十六烷/水混合液。
另一個部分，將親水改質的咖啡渣 0.5g，裝入 25cc/ml 的針筒，底下與上 頭放置些微棉花壓緊，避免咖啡渣因為溶液倒入而浮起來。將溶劑染成藍色，
利用重力方法，進行正己烷、正十六烷、異辛烷及正辛烷一般油/水分離。
圖 4-37 水/正己烷分離過程
圖 4-38 水/異辛烷分離過程
圖 4-39 水/正辛烷分離過程
圖 4-40 水/正十六烷分離過程
實驗結果顯示，咖啡渣在經過親水改質後，相較於溶劑來說更加親水，
在過濾前先使用水潤濕咖啡渣，溶劑就無法通過咖啡渣，成功的分離正己烷、
正十六烷、異辛烷及正辛烷油/水。
4-3-2 油包水的乳化液分離
本實驗將疏水改質的咖啡渣 0.25g，裝入 25mm 玻璃過濾漏斗，底下放置 濾紙上頭放置些微棉花壓緊，避免咖啡渣因為溶液倒入而飄起來。利用重力 的方法，進行正己烷、正十六烷、異辛烷及正辛烷油/水乳化液(震盪與有乳化 劑)分離並量測流速。再利用卡式水份測定儀檢測油中水含量，最後再使用光 學顯微鏡觀察正己烷、正十六烷、異辛烷及正辛烷乳化液(震盪與有乳化劑) 過濾前後的油包大小與分布。
圖 4-41 正己烷/水乳化液(震盪)過濾前後 OM 圖
圖 4-42 異辛烷/水乳化液(震盪)過濾前後 OM 圖
圖 4-43 正辛烷/水乳化液(震盪)過濾前後 OM 圖
圖 4-44 正十六烷/水乳化液(震盪)過濾前後 OM 圖
表 4-6 疏水改質咖啡渣油/水乳化液(震盪)過濾後分析
Water Flux(Lm-2h-1)
圖 4-46 疏水改質咖啡渣油/水乳化液(震盪)之分離效率
圖 4-47 正己烷/水乳化液(有乳化劑)過濾前後 OM 圖