行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告
總計畫暨子計畫一：可控制粒徑分布型態奈米氣懸微粒產生
技術之研究(III)(2/2)
計畫類別： 整合型計畫 計畫編號： NSC93-2621-Z-002-001- 執行期間： 93 年 08 月 01 日至 94 年 07 月 31 日 執行單位： 國立臺灣大學環境工程學研究所 計畫主持人： 鄭福田 報告類型： 完整報告 處理方式： 本計畫可公開查詢中 華 民 國 94 年 11 月 29 日
奈米微粒與健康風險研究-總計畫及子計畫一：
可控制粒徑分布型態奈米氣懸微粒產生技術之研究(Ⅲ)(2/2)
計畫編號：NSC 93-2621-Z-002-001 總計畫 奈米微粒與健康風險研究 計畫總主持人：鄭福田 子計畫一 可控制粒徑分布型態奈米氣懸微粒產生技術之研究 主持人：鄭福田 研究人員：李曜全、詹煜銘 聯絡方式：[email protected]摘要
本研究利用自行開發之可控制粒徑分布型態之奈米微粒產生系統，以提供奈米氣懸 微粒計畫應用此套奈米微粒產生系統於奈米微粒之負載以探討奈米微粒粒徑分佈對負 載造成之影響。本研究主要方法是利用靜電噴霧氣膠產生器為液體霧化式單一粒徑奈米 微粒產生設備之特性，將其液體進料系統改裝為可程式控制之混合進料系統，噴霧產生 濃度不同之單一粒徑液滴，其後液滴乾燥後即留下具備多重粒徑分布型態之奈米微粒。 由於奈米微粒在環境中之粒數雖多，但是其質量比例極小，利用本套儀器能產生穩定且 高濃度之奈米微粒之特性，不僅可以提供為奈米微粒負載特性之研究，可控制粒徑奈米 微粒之產製，更提供特定粒徑分布之微粒負載與單一粒徑微粒負載之差異比較之研究。 研究結果顯示單一粒徑奈米微粒之負載時，由於粒徑愈小之微粒形成之濾餅孔隙越 小，在相同質量之負載下其壓損越大，而在微米粒徑微粒負載之壓損與微粒總表面積成 正比之結果在奈米粒徑微粒仍然有相同之趨勢。呈雙峰分布奈米微粒之負載測試，當小 微粒之數目濃度低於大微粒時，壓損曲線與較大微粒所單獨形成之濾餅之壓損曲線接 近。呈雙峰分布奈米微粒之負載測試，當小微粒之數目濃度高於大微粒時，壓損曲線與 較小微粒所單獨形成之濾餅之壓損曲線接近，推測其原因在於大微粒所形成之濾餅空隙 是否完全被小粒徑微粒佔滿是造成相同質量負載下壓損差異之原因。 關鍵詞：奈米氣膠、電噴霧式氣膠產生器、粒徑分布、微粒負載、薄膜過濾 AbstractFiltration is a convenient and popular way in collection particles from gas stream. It is a effective way in both micron sized particle as well as nanoparticle by different mechanism. Collection efficiency and pressure drop are the major concerns in applying filter. While micron sized particle loading of filter were studied by some researchers, nanoparticle loading was not studied before. A nanoparticle generator composed of Electrospray aerosol generator
was developed to generate a stable aerosol source which size distribution was controllable. The aerosol generator could supply as high as 106#/cm3to speed up loading test. It was utilized to generate both monodispersed and bi-modal distribution challenge aerosol in membrane filter loading test. In this work, a PVC membrane filter with 5 μm pore was used in evaluating the pressure drop versus particle loading.
The loading curve of monodispersed nanoparticle showed that smaller particle made pressure drop build up more than bigger particle under equal loading mass. The pressure drop ratio was closed to the ratio of total surface area of particles, alike to micron sized particle loading by other researchers. The loading curve of bimodal distributions showed different results. When number concentration of smaller mode particle was lower than larger mode, the pressure-loading curve was close to larger particle. But when number concentration of
smaller mode particle was higher than larger mode, the pressure-loading curve was close to smaller particle. This could be explained by whether the void of larger particle cake was fully filled of smaller particles or not.
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Keywords: nanoparticle, Electrospray, bimodal size distribution, aerosol loading, membrane filtration
一、前言
在現有之奈米氣懸微粒產生技術中，已有一些單一粒徑微粒之產生技術及特定分布 型態之微粒產生技術，然而由於各類型污染源所產生及大氣環境中奈米氣懸微粒之粒徑 分布隨其相應之環境事件，各有不同之特性。由於目前並無製造可控制粒徑分布型態奈 米氣懸微粒以模擬各類型污染源或大氣環境奈米微粒分布型態之微粒產生技術，本研究 主要目標即在應用自行開發之可控制粒徑分布型態之奈米微粒產生系統，以提供奈米氣 懸微粒於薄膜濾材之過濾研究。 過濾法去除空氣中之粒狀物是空氣污染控制方法中最簡便而且有效的方法之一，廣 泛應用於工業除塵、空氣污染物採樣以及作業環境控制或採樣等用途，在探討濾材之負 載特性時，濾材對應於微粒的穿透率以及壓損的大小為研究關心的議題，由於一般大氣 環境中奈米微粒質量濃度比例偏低，很難由質量觀點觀察到奈米微粒對負載之貢獻，除 了特殊電子業生產機房之無塵室外，也很少僅有奈米微粒存在之環境，因此文獻中對微 粒負載特性之研究均限於微米或次微米之尺寸範圍，並無奈米微粒負載之相關研究，更 遑論特定粒徑分布之奈米微粒負載，本研究利用開發之微粒產生系統之便，進行此一課 題之探討。二、文獻探討
2.1 濾材特性探討 一般常用的濾材可分為編織性濾材(Fabric)、纖維性濾材(Fibrous)、顆粒狀濾材 (granular)以及薄膜濾材(membrane)；編織性濾材主要由編織纖維組成，藉由編織及製氈 的方式使其較為緊密，常應用於工業廢氣的淨化，其濾材本身有較高的除塵效率且可應 用於高濃度環境下，儘管該濾材仍有些深層過濾的情形發生，但大多的微粒並不能穿過 濾材而被收集於濾材表面上(Surface filtration)，形成濾餅；纖維性濾材比起編織性濾材， 則有較低之阻抗，但其本身不具有再利用性，於使用壽命過後多為棄置處理；顆粒狀濾 材則為粗糙微粒所組成的填充床，其主要作用方式為深層過濾 (Depth filtration)；薄膜 濾材則主要為穿孔性材質或者高緊密度之纖維材質，通常僅有幾微米的厚度且孔隙均勻 一致，其主要過濾方式為表層過濾，一般而言，薄膜濾材的捕集效率稍高於纖維濾材 [R.C. Brown (1993), Hinds (1999)]。市面上常見的薄膜濾材大致上可分為混合纖維素酯薄膜(Mixed Cellulose nitrate, MCE)、聚氯乙烯薄膜(Polyvinyl chloride, PVC)、聚碳酸鹽薄膜(Polycarbonate, PCTE)、 聚四氯乙烯薄膜(Polytetra-fluroethane, PTFE)及聚醯胺纖維薄膜(Nylon)等；而依其性質 則可分為有機材料薄膜或者無機材料薄膜兩大類。 混合纖維素酯薄膜為具特定均勻孔隙的薄膜，其化學性質不溶於水、酯類，而可溶 於甲醇、丙酮，若經由加酸或加熱則可完全消化，因其不純物含量低，所採集的樣品更 可於之後利用原子吸收光譜法、紅外線光譜法、光學顯微鏡法分析，最普遍採用的孔隙 大小(pore size)為 0.8 μm ，可承受之最高溫度為 120℃。 聚氯乙烯薄膜具有疏水性、耐酸性，加上價格較聚四氯乙烯薄膜便宜，因此常被用 以粉塵及有機粒狀物收集，所收集的樣品可於之後用液相及氣相層析儀分析，常見濾紙 孔隙大小則為 5μm，可承受之最高溫度則為 140℃。 聚四氯乙烯薄膜具有耐化學藥品以及疏水特性，常被用來採集化學氣膠微粒如甲 醛、甲酸等，由於此種薄膜不易起反應，因此無須擔心於採集的過程中產生額外的化學 物質，其常用的濾紙孔隙大小為 5 與 1 μm，操作溫度最高為 140℃。下表為各種常用 薄膜濾纸特性與應用之彙整。
Membrane Features Application
MCE Uniform pore structure Superior strength Exceptional sensitivity Low extractables
Particulate Matter Analysis Removal of Particle
PCTE Absolute pore size and density Smooth, thin, glass-like surface Superior strength Low extractables Negligible absorption/adsorption Available as hydrophilic or hydrophobic General filtration
Removal of red blood cells from plasma
Flow control of reagents through assay
Precise filtration and prefiltration
PVC Lowest, non-specific binding membrane
Narrow pore size distribution, 0 to-20% No sloughing or particle shedding, Negligible adsorption or absorption Low extractables
Excellent membrane choice for sampling airborne metals, silica, and dust.
Nylon Ideal for use in general filtration or medical assays
Hydrophilic , Superior strength Low extractables , High surface area Exceptional sensitivity
Bacterial removal , Biosensors
Drug filtration , Gene probe assays
IV filters , Particulate removal Protein arrays , Serum
cholesterol PTFE Naturally hydrophobic
Compatible with strong acids and aggressive solutions
Improved durability and handling
Filtration of strong acids and aggressive solutions Venting applications Phase separations Aerosol Sampling 2.2 過濾機制探討 當氣膠微粒藉由濾材過濾的方式移除時，主要的影響機制分別為截留、慣性衝擊、 擴散、重力沉降以及靜電吸引。當微粒沿著流線運動時，粒徑比較大的微粒會因慣性力 的作用脫離氣流的軌跡而直接附著在濾布上，此為慣性衝擊作用，另一方面，較小的微 粒沿著流線移動時，與濾布接觸而被捕集，此則為攔截作用。. 當微粒小於 0.1 微米以下，微粒受到氣體分子運動的影響，進行所謂的布朗運動， 此運動與纖維碰觸的結果造成塵粒附著於濾布上，此即擴散作用，當微粒粒徑越小時， 因擴散而附著在濾布的作用力也就越大；此外當氣流速度較慢時，大顆粒的微粒會受重 力作用而沉降，當微粒粒徑與密度愈大時，重力作用則越顯其效果。而靜電吸引力則是 由於微粒摩擦與濾布的電性不同所造成的靜電引力。
濾材 慣性衝擊 遮攔作用 擴散作用 重力沉降 靜電吸引 濾材 慣性衝擊 遮攔作用 擴散作用 重力沉降 靜電吸引 2.3 負載特性探討 探討濾材之負載特性時，濾材對應於微粒的穿透率以及壓損的大小為諸多研究關心 的議題，而藉由上述兩項目可用以評估濾材的好壞，即為過濾品質(Filtration Quality)， 其定義為：QF=- ln P/△p，式中 P 為微粒之穿透率，△p 則為壓損，可看出當濾材具有 較低之穿透率以及較低之壓損時，其具有較高之過濾品質。 黃氏(1996) 針對低充填密度纖維性濾材之過濾負載特性進行研究，藉由產生微米 及次微米的氣膠微粒在固定的表面風速下進行十種不同濾材之負載測試，以了解不同濾 材之負載曲線，該研究指出粒徑較小之微粒造成壓損增加的幅度大於粒徑較大之微粒。 此外，陳氏(1998) 則探討微米氣膠於不同表面風速下對於針扎型濾材及薄膜濾材的負 載特性，其結果發現實驗開始至粉餅形成的時間隨著表面風速與挑戰氣膠的粒徑增加而 減少，而各階段壓損增加的斜率則受到氣膠粒徑、表面風速以及濾材表面處理等因素的 影響。 有別於上述探討單一粒徑行為的相關研究，由於大氣中的粒徑分布多為多粒徑分布 的型態，有鑑於此，Endo, Y and Chen, D-R (1998) 建構出 Bi-modal aerosol 於 Air filter 上之過濾負載機制及模式探討，輔以實驗予以驗證；其氣膠產生方式主要是利用兩台流 體化床氣膠產生器分別產出 Arizona Road Dust (2m)，以及 Alumina (0.7 m)兩種微 粒，加以混和後測定其對於濾材之負載及壓損，結果顯示其理論推導模式與實驗結果呈 現良好之相關性。而 Jae-keun, Lee et al.(2001) 則是探討 Bi-modal Aerosol 對於 HEPA 過 濾機制的影響，該研究主要是搭配細微粒及粗微粒的比例來產生雙峰分布之測試氣膠， 結果顯示當細/粗微粒質量比增加時，壓損增加的情形會較為明顯。 由於一般大氣環境中奈米微粒質量濃度比例偏低，很難由質量觀點觀察到奈米微粒 對負載之貢獻，除了特殊電子業生產機房之無塵室外，也很少僅有奈米微粒存在之環 境，因此文獻中對微粒負載特性之研究均限於微米或次微米之尺寸範圍，並無奈米微粒 負載之相關研究，更遑論特定粒徑分布之奈米微粒負載，本研究利用開發之微粒產生系
統之便，進行此一課題之探討。
三、研究方法
本研究主要方法是在系統中產生特定粒徑分布之奈米微粒，抽取系統中氣體樣品通 過薄膜濾纸，量測微粒壓力損失隨著負載增加之變化。研究設備可分為微粒產生系統、 微粒粒徑監測以及微粒負載等三部分，系統示意圖如圖一所示，分別說明如下。 微粒產生系統：利用靜電噴霧氣膠產生器為液體霧化式單一粒徑奈米微粒產生 設備之特性，將其液體進料系統由目前單一進料式改裝為兩個或兩個以上可程 式控制之混合進料系統，使進入氣膠產生器之液體濃度與其他性質在測試中可 以隨時改變，因此噴霧所產生之液滴為濃度不同之單一粒徑液滴，其後液滴乾 燥後即留下具備多重粒徑分布型態之奈米微粒。儀器組裝測試完成後，藉由掌 握各項參數對粒徑大小及分布型態之影響，即可控制各項參數以調整產生與代 表樣品具備類似大小與分布型態之樣品。包含以下單元： 1. 進料系統：本研究之創新在於修正目前氣膠產生器只能產生單一粒徑氣 膠，無法代表實際大氣狀況之缺失，以兩台微量注射幫浦(syringe pump)配 合氣膠產生器之特性組合而成之進料系統改裝原有之液體進料設備，將電 噴霧式氣膠產生器所需之液體由兩台幫浦輸入並混合後送入儀器，二幫浦 中所裝液體為不同性質，藉由程式控制軟體分別調整兩台幫浦進料率以混 合產生不同濃度液體送入氣膠產生器，進而製造不同多徑組合，較符合實 際大氣狀況之氣膠。本研究以蔗糖(sucrose)產製微粒。 2. 氣膠產生器：以靜電噴霧氣膠產生器作為奈米微粒產生設備，噴霧產生之 氣膠粒徑在 2-100 nm 之間，其粒徑分布為單一粒徑分布。 3. 混合測試腔：氣膠離開產生器後，最初仍為液滴狀態，必須除去其中所含 水份以便獲得最終之固態或液態微粒。混合測試腔之功能是以乾燥氣體讓 產生之氣膠在其中進行稀釋及乾燥，並使微粒濃度混合均勻及穩定，讓微 粒測定單元可以從混合測試腔中取得穩定之樣品加以測定。實驗進行中並 隨時監測紀錄測試腔內溫度及溼度之變化以掌握微粒乾燥與否以及溼度對 微粒粒徑之影響。 微粒測定單元：製備完成之奈米微粒樣品以奈米電移動度分析儀(nano-DMA) 及微粒凝結計數儀(CPC)串聯組成之掃瞄式電移動度粒徑分析儀(Scanning Mobility Particle Sizer, SMPS)分析監測產生系統所產生之微粒其分徑濃度及分 布型態以及穩定度變化。 微粒負載單元：由於微粒之質量與體積成正比，體積又與微粒粒徑三次方成正
立方公分百萬顆微粒之粒數濃度，遠高於一般環境空氣中之數量，但其質量濃 度仍很低，以薄膜濾材為過濾材料較易於觀察其負載變化情況。微粒負載單元 包含以下單元： 1. 濾纸匣：以不銹鋼材質製成之濾紙匣，在濾材前、後端分別開孔連接至壓 力感應器之兩端點。 2. 濾材：由常用薄膜濾材中任意選定孔徑 5μm 之 PVC 薄膜濾材進行奈米微粒 負載測試，濾材直徑 1.3 mm。 3. 壓力感應器：以壓力感應器量測通過薄膜濾纸之壓力損失，測值訊號以擷 取卡連續輸出至電腦紀錄。 4. 抽氣設備：以真空抽氣幫浦抽引產生系統中的氣體樣品通過濾纸，管路中 以質量流量控制器(mass flow controller)精確控制通過之氣體流量。
四、結果
4.1 單一粒徑(monodisperse) 微粒產生穩定度 以單一液體輸入靜電噴霧氣膠產生器時，會產生粒徑分布極為集中(monodisperse) 之微粒，其幾何標準偏差(GSD)可達 1.1~1.3，經過 2 L/min 空氣稀釋乾燥後，其濃度值 可達到大約 106顆/cm3，其穩定性高且濃度值相當高，足以提供奈米負載測試使用，在 17 nm 微粒負載期間以電移動度粒徑分析儀所監測之微粒粒徑分布圖與濃度變化圖分 別如圖 2A、2B 所示。 4.2 雙峰分佈(bi-modal) 奈米微粒分布 以兩種液體以程式化控制輸入靜電噴霧氣膠產生器，調控產生粒徑分布隨時間改變 之微粒分布，經過 2 L/min 空氣稀釋乾燥後，本研究以 1%蔗糖與不含蔗糖之兩種液體 分別作為輸入之液體，以產生粒徑大小差異最大之結果，以 1%蔗糖液體單獨產生之微 粒之眾徑(mode)約為 50 nm，以不含蔗糖液體單獨產生之微粒理論上應該完全揮發而無 法測得，但是因為液體中微量雜質之存在，仍可產生儀器可測出之微粒(儀器偵測極限 為 4 nm)，但是當本研究試圖以三分鐘之週期變化改變液體輸入條件時，所產生之雙峰 分別向平均值靠近，這是由於進料系統中的混合空間使靜電噴霧氣膠產生器噴嘴實際噴 出之液體遭混合而影響產生粒徑，實際產生之雙峰眾徑(mode)約為 20 nm 與 36 nm。 由於電移動度粒徑分析儀是以由小粒徑至大粒徑的掃描方式分別量測各粒徑之微 粒數，最短之掃描週期為 60 秒，並無法量測三分鐘週期內微粒粒徑變化並求出其平均 濃度值，本研究以分別以各週期開始時間間隔 10 秒作為量測啟動時間，分別測定出系統內各時段之微粒粒徑分布，圖 3A 為每隔 10 秒之粒徑分布變化圖，可以清楚顯示系 統中微粒粒徑之週期性變化。為確保系統週期變化之再現性，圖 3B 分別以 10 次相同 週期時間所測得之大粒徑與小粒徑產生時所測得粒徑分布圖以及各粒徑之標準偏差 值，由該圖顯示小粒徑之標準偏差稍大於大粒徑，因為當進料系統中混合溶液濃度逐漸 降低時，產生微粒之粒徑與溶質濃度三次方根成正比，粒徑下降速度小於粒徑上升之速 度。此外與圖 2A 比較各粒徑標準差顯示調控粒徑之操作並未改變系統在單一粒徑操作 時原有之穩定度。 將產生雙峰分佈的一個週期(三分鐘)以 10 秒的間距量測 18 組測值後，將 18 組測 值平均所得代表系統中三分鐘週期內之平均微粒分徑濃度，圖 4A 為 1%蔗糖與不含蔗 糖之兩種液體分別輸入 90 秒，產生大小兩個眾徑約在 20 nm 與 36 nm，大小兩個眾徑 之數量比例理論應為 1：1，但由兩個眾徑實測值比較顯示，小粒徑由於粒徑改變較慢， 因此分布較分散使峰值小於大粒徑之峰值。圖 4B 為週期時間同為三分鐘，但將 1%蔗 糖與不含蔗糖之兩種液體分別輸入 60 與 120 秒，時間比為 1：2，所產生大小兩個眾徑 約在 17 nm 與 33 nm，兩個眾徑均較時間比為 1：1(圖 4A)時稍微減少一點，顯示由於 進料系統中混合空間之存在，輸入液體改變後 60 秒甚至 90 秒仍未產生最終穩定之粒 徑，即便如此，但本系統仍保有其再現性，足以提供微粒負載之測試。 4.3 單一粒徑奈米微粒之負載 在確認系統可以產生穩定而粒徑大小已知的微粒後，本研究選用孔徑 5μm 之 PVC 薄膜濾材進行奈米微粒負載測試，過濾風速設定在為一般常用風速 5 cm/sec，配合濾材 有效過濾面積之計算以質量流量控制器設定抽氣流量為 0.25 L/min。圖 5 為粒徑 17 nm、 36 nm 以及 50 nm 三種單一粒徑奈米微粒之壓損增加與微粒負載關係曲線圖，由該圖顯 示由於粒徑愈小之微粒形成之濾餅孔隙越小，在相同質量之負載下其壓損越大，使得奈 米微粒所造成之壓損遠超過微米或次微米粒徑之微粒，在負載小於 10 μg 時已經呈現相 當明顯之壓損。此外在奈米粒徑負載時其壓損增加之比例與文獻中以微米粒徑微粒所作 之微粒負載與微粒總表面積成正比之結果仍大致相符，即相同質量負載下，粒徑 17 nm、36 nm 以及 50 nm 所形成之壓損約呈現 3 : 2 : 1 之趨勢。由於靜電噴霧微粒產生系 統所產生之微粒數目濃度不分粒徑均相差不大，而微粒質量濃度正比於微粒粒徑三次 方，因此在相同之微粒負載下，17 nm 粒徑之微粒所需測試時間數十倍於 50 nm 之微粒。 4.4 雙峰分布奈米微粒之負載 利用 4.2 節中所產生之兩種雙峰分布奈米微粒以相同之測試條件進行微粒負載測 試，並與 4.3 節單一粒徑奈米微粒負載壓損曲線置於同一張圖以利比較，測值如圖 6 所 示。由圖 4A 之大粒徑：小粒徑產生時間比 = 1 : 1 所產生之 20 nm 與 36 nm 雙峰分布 負載結果與單一粒徑 36 nm 之負載曲線接近，亦即 20 nm 微粒對壓損之貢獻有限，其原 因推論由於 20 nm 微粒之數目濃度低於 36 nm 之微粒，以致於小粒徑微粒無法充分將較 大粒徑微粒濾餅之空隙填滿，使壓損曲線與較大之 36 nm 所單獨形成之濾餅接近。但由
圖 4B 之大粒徑：小粒徑產生時間比 = 1 : 2，產生雙峰在 17 nm 與 33 nm 之微粒負載曲 線卻與單一粒徑分布中 17 nm 之負載曲線接近，顯示當較小粒徑微粒與較大粒徑微粒型 成雙峰分布而且小粒徑粒數濃度高於大粒徑時，小粒徑之微粒可充分將較大粒徑微粒濾 餅之空隙填滿，使壓損值與較小之 17 nm 所單獨形成之濾餅之壓損接近。在濾材表面堆 疊所形成濾餅若微粒有雙峰分布或其他粒徑分布狀況時，使較小粒徑之微粒可充分填充 進入大粒徑微粒所形成之孔隙，導致形成之濾餅孔隙與全部由較小粒徑微粒所形成之孔 隙接近，其原理與混凝土中石材須以特定比例之級配料以節省水泥用量相同。
五、討論
本研究利用可控制粒徑分布之奈米微粒產生技術應用於奈米微粒負載之研究，其成 果討論如下： （1） 可控制粒徑分布之奈米微粒產生技術提供穩定之奈米微粒產生來源作為控制設 備及濾材負載測試使用。 （2） 單一粒徑奈米微粒之負載時，由於粒徑愈小之微粒形成之濾餅孔隙越小，在相同 質量之負載下其壓損越大，而在微米粒徑微粒負載之壓損與微粒總表面積成正比 之結果在奈米粒徑微粒仍然有相近之趨勢。 （3） 呈雙峰分布奈米微粒之負載測試，當小微粒之數目濃度低於大微粒時，壓損曲線 與較大微粒所單獨形成之濾餅之壓損曲線接近。 （4） 呈雙峰分布奈米微粒之負載測試，當小微粒之數目濃度高於大微粒時，壓損曲線 與較小微粒所單獨形成之濾餅之壓損曲線接近。六、參考文獻
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圖一、可控制粒徑分布奈米微粒產生系統 CCD Camera Syringe Pump 1 Syringe Pump 2 MONITOR LED Filtered Air CO2 High Voltage Power Supply SMPS Am 241 Filter Holder Pressure Transducer
Mass Flow Controller
Pump Personal Computer CCD Camera Syringe Pump 1 Syringe Pump 2 MONITOR LED Filtered Air CO2 High Voltage Power Supply SMPS Am 241 Filter Holder Pressure Transducer
Mass Flow Controller
Pump Personal Computer
Diameter, nm 10 100 N u m b e r C o n c e n tr a ti o n , d N /d lo g D p , # /c m 3 0 1e+6 2e+6 3e+6 4e+6 5e+6 6e+6 Mode = 17 nm Time, min 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 N u m b e r C o n c e n tr a ti o n , # /c m 3 1e+4 1e+5 1e+6 1e+7 Mean =816998 #/cm3 圖二、單一粒徑(17 nm)之粒徑分布圖(圖 A)及其產生穩定性(圖 B) A B
0.0 1.0e+6 2.0e+6 3.0e+6 4.0e+6 5.0e+6 6.0e+6 20 30 40 50 0 20 40 60 80 100 120140 160180 N u m b e r C o n c e n tr a ti o n , d N /d lo g D p , # /c m 3 Diam eter, nm Tim e,se c Diameter, nm 10 20 30 40 50 100 N u m b e r C o n c e n tr a ti o n , d N /d lo g D p , # /c m 3 0 5e+5 1e+6 2e+6 2e+6 3e+6 3e+6 Small Size (Dp=20.9 nm) Large Size (Dp=35.9 nm) 圖三、 可控制粒徑分布操作時粒徑變化(圖 A)及產生穩定度 (圖 B) B A
large : small = 1:1 Diameter, nm 10 20 30 40 50 100 N u m b e r C o n c e n tr a ti o n , d N /d lo g D p , # /c m 3 0.0 2.0e+5 4.0e+5 6.0e+5 8.0e+5 1.0e+6 1.2e+6 Diameter, nm 10 20 30 40 50 100 N u m b e r C o n c e n tr a ti o n , d N /d lo g D p , # /c m 3 0.0 2.0e+5 4.0e+5 6.0e+5 8.0e+5 1.0e+6 1.2e+6 1.4e+6 1.6e+6 1.8e+6 2.0e+6 圖四、 以三分鐘週期產生兩種雙峰分布奈米微粒負載測試之微粒粒徑分布圖 (圖 A 為大粒徑：小粒徑產生時間比 = 1 : 1， 圖 B 為大粒徑：小粒徑產生時間比 = 1 : 2) A B large:small = 1:2
Mass,g 0 5 10 15 20 P -P 0 , m m H2 O 0 20 40 60 80 100 17 nm 36 nm 50 nm Mass,g 0 5 10 15 20 P -P 0 , m m H2 O 0 20 40 60 80 100 17 nm 36 nm 50 nm 20 + 36 nm (1:1) 20 + 36 nm (1:1) 17 + 33 nm (1:2) 圖五、 三種單一粒徑奈米微粒負載變化圖 圖六、 單一粒徑分布與雙峰分布奈米微粒之負載比較圖
