1、材料乙組論文 Materials Session-Group B(一)主持人：何燦穎 徐永富 Conductors：HO. Tsan-Ying, Yung Fu-Hsu (二)論 文： 12 篇 12 Papers1. 精密鑄造殼模改質增加崩散生之研究 119章凱婷、鄭大偉2. 燃煤底灰添加碳酸鈉碳酸鈣轉化微晶玻璃之非等溫法結晶動力學行為 120林雨謙、黃紀嚴、葉仁君3. SOFC 多元薄膜電解質成長於陰極基材之研究 121葛新人、張宏宜4. 多孔性二氧化鈦層之結構形成分析 122劉同城、陳姿宇、胡毅、黃建龍5. 低溫燒結多元摻雜 CeO2 基固態電解質之研究 123王耀明、謝濠全、張宏宜6.
2、 具觸煤特性之固態氧化物燃料電池 (SOFC) 陽極製作與特性研究 124胡慶鴻、張宏宜7. 固態氧化物燃料電池連接極材料開發與改質研究 125傅彥培、王信超8. 放電加工方式製備 Sn 及 Sn-Sb 鋰離子電池粉末負極材料之充放電特性探討 126林宏茂、陳俊仁、呂傳盛、陳立輝9. 氧化釤摻雜於氧化鈰固溶體奈米粉末之製備與應用於燃料電池固態電解質之特性研究 127吳庭安、溫紹炳、申永輝10. 稀土氧化物 (Y、Sm 及 Gd) 和氧化鈣添加對氮化鋁(AIN) 燒結體之熱、電及機械性質研究 128朱智鴻、林志朋、溫紹炳、申永輝11. 微波水熱法合成 TiO2 以浸鍍法製備抗眩玻璃之研究 129
3、賴世凱、謝耀南、蘇宏志、鄭創元12. 微波水熱法合成 TiO2 以浸鍍法製備防霧玻璃之研究 130鄭創元、謝耀南、蘇宏志、賴世凱材乙 1精密鑄造殼模改質增加崩散生之研究章凱婷 1 鄭大偉 2國立台北科技大學資源工程研究所 1 研究生 2 教授精密鑄造殼模主要由鋯砂及富鋁紅柱石等耐火粉體組成，原始漿料由鋯粉混合矽酸膠作為面漿，馬來粉混合矽酸膠做為背漿。本研究採用四道半之殼模（兩層面漿、兩層半背漿）分別添加重質碳酸鈣、輕質碳酸鈣、白雲石於殼模中，利用此三種粉體經高溫反應後產生之化學特性，使鑄件與殼模在完成後易於分離。將改質後之樣品與原始漿料製成之樣品分別進行破斷強度試驗及透氣性試驗，比較殼模特性之
4、差異。經 DTA 分析後，重質碳酸鈣、輕質碳酸鈣、白雲石分別在培燒後產生固態氧化鈣、氧化鎂及氣態 CO2，CO2 散失後可降低殼模高溫強度並增加透氣性。配合適當的操作條件，簡易後續處理程序，有助於節省流程中人力物力費用，使整體作業更趨於自動化。關鍵詞：精密鑄造、破斷強度、透氣性材乙 2燃煤底灰添加碳酸鈉碳酸鈣轉化微晶玻璃之非等溫法結晶動力學行為林雨謙 1 黃紀嚴 1 葉仁君 1國立成功大學 1 資源工程系台灣燃煤電廠每年約產生 4050 萬噸底灰，現在主要以灰塘堆置處理而利用率過低。底灰中含有豐富的化學元素正是製造玻璃的主要原料，故本研究以底灰為原料，加入玻璃修飾劑（15wt%CaCO3, 1
5、0wt%Na2CO3 ）後，以高溫熔融法製成玻璃，在施予熱處理形成微晶玻璃。本研究利用 DTA 所得資料並配合 NETZSCH-TA4 軟體，得知反應階數 n=3，晶體成長維度m=2。後續進而求得 Marotta 與 Kissinger 之活化能分別為 524.5kJ/mol 與 378.3kJ/mol。晶體成長維度 m=2，其說明了此成分系統之結晶機制以片狀結晶為主。並由後續之 SEM 觀察微晶玻璃截面與表面可驗證此動力學參數，符合實驗計算的結果。而用光學顯微鏡觀察發現微晶玻璃表面，發現微晶玻璃較原玻璃緻密，而內部產生較多孔隙而導致孔隙率上升。關鍵詞：底灰、微晶玻璃、反應階數、晶體成長維度、
6、片狀結晶材乙 3SOFC 多元薄膜電解質成長於陰極基材之研究葛新人 1 張宏宜 2國立海洋大學輪機工程系 1 大四生 2 助理教授發展中溫型（500800 ）操作溫度的固態氧化物燃料電池（SOFC）是低成本、穩定化、長使用壽命的商用 SOFC 之努力目標。但發展瓶頸在於中溫使用時電解質之低離子導電性、高界面電極極化電阻。為了克服這些問題，減少電解質之厚度、使用中溫時高導電度之電解質取代材料及盡量降低電極極化電阻一直是研發的目標。氧化鈰基（CeO2）電解質（electrolyte）是固態氧化物燃料電池在中溫（500800）具高離子導電度的理想材料，添加多元稀土和鹼土金屬及更薄的電解質厚度可使固態
7、氧化物燃料電池更進一步降低操作溫度。利用溶膠凝膠法（Sol-gel）製作奈米級（nano）(La0.75Sr0.2Ba0.05)0.175Ce0.825O1.891(LSBC)電解質的粉末，將之調成漿料（slurry） ，塗佈在陰極 Ba0.5Sr0.5FeO3-(BSF)基材上。奈米級粉末可降低電解質的燒結溫度使之緻密化且使陰極（cathode）基材保持多孔性，漿料可利用塗佈法塗佈不同厚度之氧化鈰基電解質在陰極基材上。電解質粉體之粒徑除了影響塗佈在陰極表面之平坦度並將影響燒結溫度，非奈米級粒徑難以降低 LSBC 緻密化之溫度更難以黏附在陰極基材上。使用 dip coating 方法塗佈 LS
8、BC 在 BSF 基材上，800以之熱處理溫度可得到 Fluorite 的 LSBC 結構與維持 BSF 基材之 perovskite 結構，高達 1100之熱處理溫度，並未發現 LSBC 與 BSF 有相互作用而產生第二相。奈米級 LSBC 粉末與相同組成之 sol 混合成之漿料塗佈在 BSF 基材以及多層 LSBC sol 塗佈在奈米級 LSBC 粉末塗層上，多層交互塗佈構成不同厚度之 LSBC/BSF 半電池之燒結溫度與界面之結合性特性探討是進行之研究。關鍵詞：電解質、薄膜、溶膠凝膠法、奈米、固態氧化物燃料電池材乙 4多孔性二氧化鈦層之結構形成分析劉同城 1 陳姿宇 1 胡毅 1 黃建龍
9、 2大同大學 1 材料系 2 金屬工業研究發展中心二氧化鈦以其無毒、催化活性高及自潔能力強的特性，已被廣泛的發展應用。TiO2 鍍膜的方法相當多，亦有其優缺點，如溶液製程的溶凝膠技術、濺射法、及電化學技術等。然而要製作均勻奈米多孔之 TiO2 薄膜則這些技術皆受到相當的限制。近幾年，氧化水熱法（ hydrothermal-oxidation）已被開發製做出介孔隙之 TiO2 層。本研究則利用磁控濺鍍系統鍍上鈦金屬於不鏽鋼基板上，再使用氧化水熱法形成奈米多孔之 TiO2 薄膜，此多孔隙薄膜之孔洞平均有 100nm 左右。研究除了利用 SEM 與 XRD 觀察顯微結構與分析晶相形成過程與機構外，並
10、利用可見光光源進行水接觸角（water contact angle）親水性質之變化、亞甲基藍（methylene blue）濃度變化等特性量測。實驗結果顯示出當鍍膜中組織結構為銳鈦礦相時，鍍膜具較高的光催化效率，且隨著鍍膜銳鈦礦相含量增加又 TiO2 鍍膜的結晶會因熱處理溫度的升高而提昇，其光催化效率亦有提高的趨勢。關鍵詞：二氧化鈦、磁控濺鍍系統、氧化水熱法、光催化材乙 5低溫燒結多元摻雜 CeO2 基固態電解質之研究王耀明 1 謝濠全 2 張宏宜 1,2國立海洋大學 1 輪機工程學系暨研究所 2 輪機工程學系能源應用組取代傳統高溫操作（1000）固態氧化物燃料電池（SOFC）的電解質 YSZ
11、 之材料是以可在中溫（500800 ）操作之氧化鈰（CeO2）基材料為目前最被看好的研究對象，因為其在中溫操作時具有較好的氧離子導電度。為得更好的導電度，通常對氧化鈰摻雜（CeO2）主要是以單元摻雜為主，像是鍺（Gd）摻雜之 GDC 或鑭（La）摻雜之 LDC。多元摻雜比起單元摻雜具有更好的離子導電度，但 CeO2 本身的燒結溫度已大於 1300以上，若多元摻雜將會使得燒結溫度更高。本研究利用恆溫溶液蒸發法製備成份混合均勻之 (La1-x-ySrxBay)0.175Ce0.825O2- 電解質材料，與固態法比較其結晶結構變化，高達 1200煆燒溫度仍難以由固態法得到純相之 (La1-x-ySr
12、xBay)0.175Ce0.825O2- (LSBC)結晶結構，但溶液蒸發法所得 50nm 左右的奈米粉體經熱處理，約 700煆燒溫度可以合成 LSBC 晶相。本研究進一步對恆溫溶液蒸發法與固態法之合成電解質粉體進行微波燒結製程，期望降低燒結溫度，獲得緻密並具較好離子導電度的電解質。關鍵詞：doped ceria、solid electrolyyr 、conductivity、effective index、rare eatth/alkaline earth oxide、nano powder材乙 6具觸煤特性之固態氧化物燃料電池 (SOFC) 陽極製作與特性研究胡慶鴻 張宏宜國立海洋大學輪機
13、工程學系能源應用組傳統上，固態氧化物燃料電池（SOFC）以對 H2 具高催化能力的金屬鎳（ Ni）為陽極的素材，但在 SOFC 的高溫（ 8001000）操作中 Ni 易氧化成 NiO 以及晶粒成長粗化而失去其催化能力；並且 SOFC 使用的燃料不限定要純氫；CO, CH4 等碳氫燃料皆可使用，因此將受到燃料中之不純物如硫化氫與一氧化碳造成的積碳而影響其效率。陽極結構需要提供離子、電子及氣體分子三物種之反應（TPB 反應）位置。鈣鈦礦結構（ABO3）之混合氧化物離子電子導體（MIEC）是極被看好的 SOFC 陽極材料。鈣鈦礦結構之優點在於其對摻雜物的廣泛接受性，可使該結構經由摻雜而具有離子、電
14、子導通性和催化能力。本研究中溫操作具有鈣鈦礦結構與觸媒性質的 (La0.75Sr0.25) (Cr1-xGax)O3 (LSCG) 混合陽極材料，經甘氨酸加上金屬硝酸鹽（glycine-nitrate）燃燒方法可即時製備具有結晶結構之混合陽極粉末。進一步以 LSCG 為核，成功將電解質 (La0.75Sr0.2Ba0.05)0.175Ce0.825O1.891 (LSBC) 利用化學披鍍法批覆在 LSCG 核心上，形成LSCG-SBC 核 -殼（core-shell）粒子結構，並可低溫成相，維持核 -殼之獨立特性，增進離子、電子及氣體分子在三相邊界（TPB）之反應。製作成多孔陽極與 LSBC
15、電解質燒結接合，增進混合陽極與電解質之界面接合性。關鍵詞：燃料電池、陽極、glycine-nitrate材乙 7固態氧化物燃料電池連接極材料開發與改質研究傅彥培 1 王信超 2國立東華大學材料科學與工程學系 1 副教授 2 研究生本研究分為兩部份：第一部份先是進行 La0.8Ca0.2CrO3 單一元素取代，其步驟為分別以Al、Co 、Cu 與 Fe 摻雜在 La0.8Ca0.2CrO3 的 B-site 位置，得到 La0.8Ca0.2Cr0.9M0.1O3 (MAl、Co、Cu 與 Fe) 的材料。再對其結晶結構、電子導電率、顯微結構與機械性質等進行探討。結果顯示 La0.8Ca0.2Cr
16、0.9Co0.1O3 的電子導電率表現最佳且活化能最低 (80043.39 S/cm；Ea 11.43kJ/mole) ，同時其維克氏硬度、破裂韌性與相對密度都有著不錯的表現（Hv9.040.55GPa、KIC4.240.06MPa m0.5；Rth93.61%） 。所以選擇La0.8Ca0.2Cr0.9Co0.1O3 來進行第二部份的元素取代。第二部份為製備不同比例 La0.8Ca0.2Cr0.9-xCo0.1NixO3- (x0.03、0.06、0.09 及 0.12)，並對熱膨脹性、結晶結構、電子導電率、顯微結構與機械性質等進行探討。其熱膨脹係數分別為13.065710-6/、15.92
17、3010-6/、14.580010-6/與 15.097610-6/。電子導電度、活化能、相對密度和平均粒徑等主要有兩種趨勢；（x0.03 & 0.06）電子導電度較低（80045.32 & 54.21 S/cm） ，而活化能也較低（Ea15.91 & 17.33 kJ/mole） ，且相對密度都可 96%以上、平均粒徑也較大；（x0.09 & 0.12）的電子導電度較高（ 80057.56 & 55.36 S/cm） 、活化能也較高（Ea18.58 & 18.15 kJ/mole） ，但相對密度較差同時平均粒徑也較小。四個比例的維克氏硬度值皆很高，硬度值落在 Hv7.44 0.189.240
18、.18GPa 之間；而破裂韌性值KIC1.430.132.240.24GPa*m0.5 之間。La0.8Ca0.2Cr0.81Co0.1Ni0.09O3-的相對密度84.76%、熱膨脹係數 14.580010-6/、電子導電度 80057.56 S/cm、楊氏模數E202.64GPa、破裂韌性 KIC2.24 0.24MPa m0.5。以電子導電度而言，La0.8Ca0.2Cr0.81Co0.1Ni0.09O3-是一種合適的中溫固態氧化物燃料電池連接極，在機械性質方面由於其具有高破裂韌性值因此較能抵抗應力產生形變，並且抵抗裂縫傳遞能力也較佳。關鍵詞：固態氧化物燃料電池、陶瓷連接極、LaCrO3
19、材乙 8放電加工方式製備 Sn 及 Sn-Sb 鋰離子電池粉末負極材料之充放電特性探討林宏茂 1 陳俊仁 2 呂傳盛 2 陳立輝 2遠東科技大學 2 機械工程系國立成功大學 2 材料科學及工程學系利用放電加工技術（Electrical Discharge Machining, EDM）製備粉末是一項低成本、低污染且高效率的製程技術。Sn 作鋰離子二次電池負極材料具有高電容量的優點，但 Sn 經過數次充放電後，因體積變化過於激烈，導致極片表面產生裂紋，循環性不佳，因此必須添加其它元素來抑制體積變化，如 Sb、 Cu 或混合 SnO2。以放電加工法來製備粉末，塊材在放電過程中先被高溫熔解，再藉由絕
20、緣液體的急速冷卻而形成細小的粉末。本研究以 Cu 作為正極，Sn 及 Sn-xSb 為負極，利用放電加工法來製備 Sn、Sn-15Sb 及 Sn-40Sb 負極材料粉末，探討不同組成之負極材料粉末以及氧化層對充放電循環特性之影響。充放電循環測試結果發現 Sn-xSb 的充放電循環性均明顯優於 Sn，Sn-15Sb 在 30 次循環以前的放電電容量優於 Sn-40Sb，而 3050 次循環則是 Sn-15Sb 略低於 Sn-40Sb，但兩者之充放電循環性則沒有明顯差異。關鍵詞：放電加工、充放電特性、Sn-xSb 粉末、氧化層材乙 9氧化釤摻雜於氧化鈰固溶體奈米粉末之製備與應用於燃料電池固態電解質
21、之特性研究吳庭安 1 溫紹炳 2 申永輝 1國立成功大學 1 資源工程系美和技術學院 2 通識教育中心本研究以化學共沉法與共沸點蒸餾法製備 Ce1-xSmxO2-x/2 粉末，經過加壓成型、燒結後作為固態電解質，利用 DTA、XRD、TEM、SEM、BET 等分析設備，針對不同添加比例、燒結溫度與研磨時間，分析粉末及燒結體的結晶相、顯微結構、緻密度，以及使用交流阻抗分析法分析並模擬量測其離子導電率、活化能與晶界與晶粒的阻抗分析。研究中以 Sm3+摻雜 CeO2 固能電解質，可有效提高氧離子導電率，且隨著添加量的增加，氧空缺濃度增加，導電率也隨之增加，而活化能隨之降低。Ce1-xSmxO2-x/
22、2 燒結體在 x=0.2 且球磨時間 9 小時，燒結溫度為 1450之燒結體可達到 99.9%之相對密度。且 850時導電率為 3.1310-2S/cm。近一步觀察到晶粒與晶界離子傳導率之差異，並且從低到高溫時，離子傳導率由晶界主導改變至晶粒主導，最後再度改變至晶界主導。其原因是因為氧離子空位的有序化，缺陷締合以及靜電相互作用所造成的。關鍵詞：固態電解質、化學共沉法、交流阻抗分析、離子導電率材乙 10稀土氧化物(Y、Sm 及 Gd)和氧化鈣添加對氮化鋁 (AIN)燒結體之熱、電及機械性質研究朱智鴻 1 林志朋 2 溫紹炳 3 申永輝 1國立成功大學 1 資源工程系致遠管理學院 2 資源與環境學
23、系美和技術學院 3 通識教育中心本研究以添加不同稀土氧化物（Y、Sm 及 Gd）及氧化鈣等複合式燒結助劑進行氮化鋁燒結試驗，探討添加劑種類對試片在液相燒結過程的緻密化行為、晶界二次相分佈及晶粒生長型態的差異性對後續燒結體的熱、電及機械性質影響。試片經由 XRD 晶相分析主要結晶相與二次相種類、掃描式電子顯微鏡（SEM ）觀察微結構晶粒大小與二次相分佈位置、熱傳導分析儀量測燒結體的熱傳導值、阻抗分析儀量測試片介電常數及損失因子及維氏硬度儀量測燒結體維氏硬度。實驗結果顯示添加氧化釔與氧化鈣的燒結試片熱傳導值及維氏硬度值分別為 147Wm-1K-1 和11.86GPa，明顯高於分別添加氧化釤及氧化釓
24、的熱導值 108 和 106Wm-1K-1 及維低硬度值 11.85和 11.73GPa。且添加氧化釔和氧化鈣的燒結試片介電常數 8.74 也低於分別添加氧化釤及氧化釓的介電常數值，而添加氧化釓的試片介電損失 4.4210-4 為最低。關鍵詞：氮化鋁、稀土氧化物、氧化鈣、熱傳導、介電常數、維氏硬度材乙 11微波水熱法合成 TiO2 以浸鍍法製備抗眩玻璃之研究賴世凱 1 謝耀南 1 蘇宏志 1 鄭創元 1明道大學 1 材料科學與工程研究所本研究的目的在於以微波水熱合成法製備具有抗眩光功能的奈米溶膠。微波水熱法製備 TiO2 最主要的優點為：(a)快速的加熱溫度(b)快速的結晶化運動，而以上兩個優
25、點皆可減少實驗過程中能量耗損節省。使用鍍膜機在玻璃基材上鍍膜出抗眩薄膜層，藉由改變奈米溶膠的浸鍍時間及拉升速度，控制表面薄膜均勻與厚度，經 70之低溫乾燥，製作出具有抗眩功能薄膜。為了使玻璃達到抗眩光的目的，本實驗製備了混合 TiO2、 SiO2 以及液態壓克力；將玻璃表面霧化處理使光線散射，光線因為散射到各個角度而不會集中在某一個特定角度進而達到抗眩的目的。本實驗使用微波合成法所製備出奈米二氧化鈦溶膠粒徑分布範圍為 1020nm。薄膜表面型態以及結晶結構等薄膜特性之分析結果分別以 SEM、AFM 、 XRD、UV-Vis 光譜儀、以及霧度計來進行分析整理。關鍵詞：微波水熱合成、浸鍍、抗眩、散
26、射材乙 12微波水熱法合成 TiO2 以浸鍍法製備防霧玻璃之研究鄭創元 1 謝耀南 1 蘇宏志 1 賴世凱 1明道大學 1 材料科學與工程研究所本研究的目的在於以微波水熱合成法製備具有超親水性的奈米溶膠。微波水熱法製備 TiO2 最主要的優點為：(a)快速的加熱溫度(b)快速的結晶化運動，而以上兩個優點皆可減少實驗過程中能量耗損節省。以浸鍍機在玻璃基板上浸鍍出防霧薄膜層，藉由改變奈米溶膠的浸鍍時間及拉升速度，控制表面薄膜均勻與厚度，經 550之 燒，製作出透明的超親水薄膜。本實驗使用微波合成法所製備出奈米二氧化鈦溶膠粒徑分布範圍為 1020nm，為了達到表面防霧的目的，實驗製備了混合 TiO2；加入少量的 SiO2 可提高 TiO2 薄膜的光催化性能，過多的 SiO2 降低了 TiO2 光催化活性，但水接觸角則證明，較多的 SiO2 加入量提高了玻璃表面的超親水性能。實驗結果顯示，薄膜的平均水接觸角約為 5，接觸角則會隨時間增加而減小，而當親水性較高時，防霧效果較佳。關鍵詞：微波水熱合成、超親水性、浸鍍、防霧
