鋁合金表面經輝光放電處理後在同步輻射光照射下之水氣釋氣行為

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研究生：	張育彬 Chang, yu-ping
論文名稱：	鋁合金表面經輝光放電處理後在同步輻射光照射下之水氣釋氣行為 The water outgassing behavior of the aluminum surface irradiated with synchrotron light after glow discharge treatment
指導教授：	陳俊榮 Chen, June-Rong
口試委員:	溫清榕 Win, Ching-Rong 陳錦明 Chen, Jin-Ming
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	原子科學院 - 生醫工程與環境科學系 Department of Biomedical Engineering and Environmental Sciences
論文出版年：	2011
畢業學年度：	100
語文別：	中文
論文頁數：	119
中文關鍵詞：	輝光放電
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本實驗使用輝光放電清洗方法處理樣品表面，並利用長時間曝光的方式，探討鋁合金表面受同步輻射光照射時與水氣之作用行為。
由殘留氣體分析儀質譜顯示，經不同輝光放電清洗之鋁合金樣品在施加正偏壓照光時，水氣分壓下降量比例由小而大依序為：1.以氫氣輝光放電處理，2.以氬氣輝光放電處理，3.以氧氣輝光放電處理，4.未經輝光放電處理，此順序大致與輝光放電處理後對於樣品表面氧化物之消耗程度有關。從本實驗結果來看，鋁合金曝光時真空腔內水氣分壓下降機制，與鋁合金樣品表面之氧含量有關，表面氧含量越多，照光時水氣分壓下降幅度越大。
另外，本實驗結果亦發現，當偏壓為+100V時，經過氬氣、氧氣及氫氣輝光放電處理過之樣品表面，照光時水氣分壓會明顯上升而後下降，此現象在其他分壓條件或未經輝光放電處理之樣品皆未發現。因此推測照光且施加正偏壓時，打到樣品之電子的能量變化對水氣之形成及脫附之現象，有明顯之影響。而且，輝光放電處理，會影響此作用之能態。
長時間曝光實驗中，光累積劑量達，在實驗結束後再照光水氣仍有下降情形，停光後水氣仍有上升情形，判斷反應仍在進行，而由結果中估計達反應飽和劑量約需。

中文摘要……………………………………………………………………………I
誌    謝………………………………………………………………………...…II
目　　錄………………………………………………………………………..…III
表 目 錄…………………………………………….………………………….…IV
圖 目 錄………………………………………………………………………...…V

第一章　　前言……………………………………………………………………1
第二章　　原理……………………………………………………………………6
2-1　釋氣原理……………………………………………………………...6
  2-1-1  吸附……………………………………………………………….6
    2-1-1-1水與固體表面之間之作用…………………………………...7
  2-1-2  脫附……………………………………………………………….7
2-2　光子引發釋氣原理……………………………………………………8
2-3　輝光放電清洗原理…………………………………………………..10
第三章    實驗系統與方法……………………………………………………..12
      3-1  實驗系統………………………………………………………….…12
        3-1-1  前端區…………………………………………………………..12
        3-1-2  光束線區………………………………………………………..13
        3-1-3  實驗站…………………………………………………………..14
          3-1-3-1 樣品準備腔…………...…………………………………….14
          3-1-3-2 曝光腔………………………………………………….…...16
        3-1-4  鋁合金樣品………………………………………………..……17
      3-2實驗方法與步驟………………………………………………………18
        3-2-1  系統烘烤…………………………………………………..……18
        3-2-2  水氣純化及曝水……………………………………………..…19

        3-2-3  輝光放電清洗………………………..………………….…..….21
        3-2-4  樣品曝光…………………………………………..……………23
          3-2-4-1  延長樣品曝光時間………………………………………..23
          3-2-4-2  改變樣品表面狀態………………...………………...……24
            3-2-4-2-1  改變樣品偏壓…………………………………...……24
            3-2-4-2-2  改變光束引出管偏壓……………………………...…25
第四章    結果與討論………………………………………………….….……27
A.實驗結果……...……………………………………………………………27
      4-1  增加光累積劑量實驗……………………...………………….….…27
      4-2  鋁合金樣品照光實驗結果………………………………….………29
4-3  輝光放電清洗實驗結果…………………………………….………30
4-3-1  氬氣輝光放電清洗…………………………………..…………31
4-3-1-1  水氣信號之變化…………………………………………..31
4-3-1-2  氧氣信號之變化…………………………………………..32
4-3-2  氬氣輝光放電清洗加曝水…………………………..…………33
4-3-2-1  水氣信號之變化…………………………………………..34
4-3-2-2  氧氣信號之變化…………………………………………..35
4-3-3  氧氣輝光放電清洗…………………………………..…………36
4-3-3-1  水氣信號之變化…………………………………………..36
4-3-3-2  氧氣信號之變化…………………………………………..37
4-3-4  氬氣輝光放電清洗加曝水…………………………..…………38
  4-3-4-1  水氣信號之變化…………………………………………..39
4-3-4-2  氧氣信號之變化…………………………………………..40
4-3-5  氫氣輝光放電清洗…………………………………..…………41
  4-3-5-1  水氣信號之變化…………………………………………..41
  4-3-5-2  氧氣信號之變化…………………………………………..43
4-3-6  氫氣輝光放電清洗加曝水…………………………..…………45
          4-3-6-1  水氣信號之變化…………………………………………..45
          4-3-6-2  氧氣信號之變化…………………………………………..46
   B.討論…..….……………………………………….…………………………47
4-4  實驗誤差分析…………….……..….………………………….…47
4-5  光累積劑量對照光時鋁合金表面之影響…………………….…49
        4-6  施加偏壓大小對照光時反應之影響………………….…………50
          4-6-1  施加偏壓大小對水氣信號之影響…………….…………….51
          4-6-2  施加偏壓大小對氧氣信號之影響……………….………….51
        4-7  不同輝光放電清洗對照光時反應之影響………….....…………54
        4-8水氣與鋁合金表面反應機制………………………………........... 57
第五章    結論………………………………………………………………..…60
參考文獻……………………………………………………......................62
附表……………………………………………………………………. …….......65
附圖…………………………………………………………………….……....…80













表  目  錄

表3-1　　 鋁合金樣品臭氧水清洗程序……………………………………….65
表3-2　　 鋁合金樣品化學清洗程序…………………………... ……….……66
表4-1     累積曝光劑量實驗表格……………………………………….……67
表4-2     鋁合金曝水施加負偏壓實驗 水氣分壓變化量…..................……68
表4-3     氬氣輝光放電清洗加曝水實驗水氣分壓變化量…. …………...…69
表4-4     氧氣輝光放電清洗加曝水實驗水氣分壓變化量…………………70
表4-5     氫氣輝光放電清洗加曝水實驗水氣分壓變化量…………………71
表4-6     鋁合金曝水施加正負偏壓實驗 水氣分壓變化量...………………72
表4-7     鋁合金曝水施加負偏壓實驗 氧氣分壓變化量..…………………73
表4-8     鋁合金曝水施加正負偏壓實驗 氧氣分壓變化.……………....…74
表4-9     不同輝光放電清洗第二次0V出光水氣分壓變化量………......…75
表4-10    不同輝光放電清洗對樣品施加+100V出光水氣分壓改變量…..... 76
表4-11    氬氣輝光放電清洗實驗水氣分壓變化量……………………....…77
表4-12    氧氣輝光放電清洗實驗水氣分壓變化量……………………....…78
表4-13    氫氣輝光放電清洗實驗水氣分壓變化量……………………....…79










圖  目  錄

圖2-1　　 物理吸附與化學吸附位能取線示意圖…………………………….80
圖2-2　　 物理吸附鏡像模型圖…………….…………..…. …………………81
圖2-3　　典型抽氣曲線圖…….,………….…………..…. ………………..…82
圖2-4　　電子占據反鍵結軌道圖…………….…………..…. ………………83
圖2-5　　氣體放電之V-I圖…………….…………,……..…. ………………84
圖2-6　　輝光放電區間特性圖…………….………,,,,…..…. ………………85
圖3-1　　 前端區側視圖…………………………………………….…………86
圖3-2　　 光子引發釋氣系統側視圖………….………….. ……….….…..….87
圖3-3　　光子引發釋氣系統實驗站系統圖.....................................................88
圖3-4　　氣導阻塊位置圖.......…................……..…...........…...……..….…...89
圖3-5　　光束引出管結構圖.......…................……...........……………….…..90
圖3-6    樣品結構圖……………………………………………………….…91
圖3-7    水氣純譜系統…………………………………………………….…92
圖3-8    施加偏壓線路圖……………………………………………………93
圖4-1    累積光劑量圖1…………………………………………………….94
圖4-2    累積光劑量圖2....………………………………………. …...……95
圖4-3    累積光劑量圖3....………………………………………. …...……96
圖4-4    累積光劑量圖4....………………………………………. …...……97
圖4-5    累積光劑量圖5....………………………………………. …...……98
圖4-6    鋁合金曝水無偏壓實驗圖…………………. …………………...…99
圖4-7    鋁合金曝水負偏壓實驗圖…………………. ………………….....100
圖4-8    鋁合金曝水加正負偏壓實驗圖…………. ……….……….....…. 101
圖4-9    氬氣GD實驗氬氣純譜圖…………………………………………102
圖4-10   氬氣GD實驗圖……………………………………………………103
圖4-11   氬氣GD加曝水實驗氬氣純譜圖………...………………….……104
圖4-12   氬氣GD加曝水實驗水氣純譜圖………...………………….……105
圖4-13   氬氣GD加曝水實驗圖……...……………. ……………………..106
圖4-14   氧氣GD實驗氧氣純譜圖…………………………………………107
圖4-15   氧氣GD實驗圖…..…………………………. ………………… ...108
圖4-16   氧氣GD加曝水實驗氧氣純譜圖………...………………….……109
圖4-17   氧氣GD加曝水實驗水氣純譜圖………...………………….……110
圖4-18   氧氣GD加曝水實驗圖…......………………. ……………..……111
圖4-19   氫氣GD實驗氫氣純譜圖…………………………………………112
圖4-20   氫氣GD實驗圖……………………………………………..…….,113
圖4-21   氫氣GD加曝水實驗氫氣純譜圖………...………………….……114
圖4-22   氫氣GD加曝水實驗水氣純譜圖………...………………….…..115
圖4-23   氫氣GD加曝水實驗圖…......…………..……. ……………..…..116
圖4-24   GD曝水負偏壓水氣分壓變化比較圖…..……. ………………….117
圖4-25   GD曝水負偏壓氧氣分壓變化比較圖…..……. ………………….118
圖4-26   GD曝水正偏壓水氣分壓變化比較圖…..……. ………………….119

                                

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