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研究生： 羅加鈴
Lo Chia-Ling
論文名稱： 應用實驗設計法製備奈米硫化鋅粉末
Preparation of ZnS nanoparticles by design of experiment
指導教授： 江慧真
Chiang Hui-Jean
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱：
論文出版年： 2009
畢業學年度： 97
語文別： 中文
論文頁數： 115
中文關鍵詞： 實驗設計 、硫化鋅
外文關鍵詞： design of experiment, zinc sulfide
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    • 由於硫化鋅系列具有發光效率優良、製程簡單且無毒性等特性，已經廣泛地應用在陰極射線管與平面顯示器…等，顯示出許多特殊的光電性能，因此本研究中以硫化鋅為主題。
    在第一部分，研究中以2水準因子之實驗設計法對於影響研究中響應值(產率與粒徑)之各實驗因子進行規劃，其目的在於以較少的實驗組合而得合理及準確之分析結果。此外，亦採用統計學上之變異數分析法(ANOVA)說明實驗因子對響應值（Response Value）之影響及因子間之交互作用關係。而各實驗因子之高低水準則設定如下：醋酸鋅濃度（0.05、0.35 M）、硫代乙醯胺（0.05、0.35 M）、時間（40、80 min）、溫度（70、90 ℃）。並且討論了成長時間、反應溫度、反應物濃度對硫化鋅粒子奈米尺寸和產率的影響，最後取得最佳化配方。
    在第二部分，嘗試在酸性和鹼性下做反應，實驗結果顯示，在pH=3環境下，其粒形、結晶性和分散性都較好，缺點在於產率無法提高；在pH=9環境下，所得的產率較佳，但有氧化鋅出現。不管在酸性或鹼性下，發光強度皆下降。
    在第三部分，嘗試在400℃下進行燒結，粒徑較小者，有較高的表面能，較易與氧結合而氧化成氧化鋅；施以熱處理後之螢光粉體，其粉末粒徑有些微變大之趨勢。螢光光譜中，硫化鋅經過400℃燒結後，發光強度皆下降。

    Because the zinc sulfide series has the fine luminous efficiency, the system regulation to be simple, and characteristics and so on nontoxicity, already widely applied in the cathoderay tube and the plane monitor…And so on, demonstrates many special electro-optical performance, therefore in this research take the zinc sulfide as the subject.

    In the first part, effects of operating conditions on mass transfer coefficient were studied. Since the response values (production rate and particle size ) were influenced by experimental factors, the two-level factorial experimental design methodology was used to set operating conditions of experimental factors. The purpose of this method is to obtain reasonable and accurate results by the fewer experimental runs. In addition, effects of experimental factors on the response value and interactions between factors were explained by the analysis of variance (ANOVA) statistically. The high and low level of experimental factors were set as following: 0.05 and 0.35 M zinc acetate dehydrate , 0.05 and 0.35 M thioacetamide (TAA), 40 and 80 reaction time , 70 and 90 reaction temperature. The effect of preparation parameter on ZnS particles and throughput such as reaction temperature, reaction time, concentration are discussed. Finally obtains the optimization formula.

    In the second part, the attempt makes the response under the acidity and the alkalinity, the experimental result demonstrated that under the pH=3 environment, its grain shape, the crystallinity and the dispersivity is good, the shortcoming lies in the production rate to be unable to enhance; Under the pH=9 environment, the obtained production rate is good, but has the zinc oxide to appear. No matter under the acidity or the alkalinity, the luminous intensity all drops.

    In the third part, attempts in 400℃ under carries on the agglutination, particle size small, has the high surface energy, oxidizes the zinc oxide easily with the oxygen union; After serving with the heat treatment, the phosphor body, its powder particle size has slightly tendency of the fill-out. In the fluorescence spectrum, after the zinc sulfide passes through 400℃ the agglutination, the luminous intensity all drops.

    Key word：design of experiment、zinc sulfide

    目錄 頁次 中文摘要..................................................Ⅰ 英文摘要..................................................Ⅱ 致謝......................................................Ⅳ 目錄......................................................Ⅴ 表目錄....................................................Ⅷ 圖目錄....................................................Ⅸ 第一章 緒論................................................1 1-1 前言...................................................1 1-2 奈米材料...............................................2 1-2-1 奈米材料定義.......................................2 1-2-2 奈米材料的特性.....................................3 1-3 螢光體.................................................5 1-3-1 螢光體的組成.......................................6 1-3-2 螢光體的發光原理與機制.............................8 1-3-3 螢光體發光性質之影響..............................11 1-4 硫化鋅型螢光體........................................12 1-4-1 硫化鋅的性質與應用................................12 1-4-2 硫化鋅的主體晶體結構介紹..........................13 1-4-3 硫化鋅粉末的製備..................................15 1-5 因子設計簡介..........................................22 1-5-1 基本定義和原理....................................22 1-5-2 迴歸模型與反應曲面................................24 1-5-3 多反應值..........................................24 1-6 粒子生成理論..........................................28 1-7 研究原理與目標........................................29 第二章 實驗...............................................30 2-1 試劑..................................................30 2-2 實驗儀器..............................................31 2-3 分析鑑定儀器..........................................32 2-4 實驗步驟..............................................34 2-4-1 製備16組硫化鋅粉末................................34 2-4-2 最佳配方的製備....................................38 2-4-3 以不同酸鹼值製備硫化鋅............................40 2-4-4 燒結..............................................42 第三章 結果與討論.........................................43 3-1 成分與結構............................................43 3-2 實驗設計結果分析......................................46 3-2-1 粒徑大小與產率計算................................46 3-2-2 顯著檢定..........................................48 3-2-3 產率分析..........................................49 3-2-4 粒徑分析..........................................55 3-2-5 最佳化............................................61 3-3 表面結構影像分析......................................64 3-4 粉體粒徑大小與產率....................................71 3-4-1 反應時間對粒徑大小與產率之影響....................71 3-4-2 反應溫度對粒徑大小與產率之影響....................75 3-4-3 醋酸鋅濃度對粒徑大小與產率之影響..................79 3-4-4 TAA濃度對粒徑大小與產率之影響.....................83 3-4-5 酸鹼值對粒徑大小與產率之影響......................87 3-4-6 燒結對粒徑大小之影響..............................93 3-5螢光光譜分析...........................................97 3-5-1 醋酸鋅濃度和TAA濃度比例對螢光光譜之影響...........99 3-5-2 時間對螢光光譜之影響.............................102 3-5-3 溫度對螢光光譜之影響.............................104 3-5-4 酸鹼值對螢光光譜之影響...........................106 3-5-5 燒結對螢光光譜之影響.............................107 第四章 結論..............................................108 參考文獻.................................................112 表目錄 表 1-1 表面原子數目佔全部原子數目的比例和粒徑之間的關係....3 表 1-2 主體材料的種類......................................7 表 1-3 為Ⅱ-Ⅵ族半導體材料之能隙..........................12 表 1-4 硫化鋅之晶體結構...................................13 表 1-5 常見之粉末製備化學方法.............................16 表 1-6 硫化鋅之化學法製程（1）............................18 表 1-7 硫化鋅之化學法製程（2）............................21 表 2-1 試劑...............................................30 表 2-2 實驗儀器...........................................31 表 2-3 實驗因子與水準表...................................35 表 2-4 直交表...........................................35 表 2-5 A1~A16樣品的製備...................................36 表 2-6 B1、B2樣品的製備...................................38 表 2-7 C1、C2樣品的製備...................................40 表 2-8 D1、D2、D3樣品的製備...............................42 表 3-1 16組不同條件之螢光粉體樣品.........................47 表 3-2 產率之變異數分析表.................................49 表 3-3 粒徑之變異數分析表.................................55 表 3-4 由程式求得最佳化之預估產率及粒徑表.................62 表 3-5 2組最佳化配方......................................63 表 3-6 A1~A16硫化鋅粒徑表.................................64 表 3-7 不同反應時間製備硫化鋅的粒徑大小與產率.............71 表 3-8 不同反應溫度製備硫化鋅的粒徑大小與產率.............75 表 3-9 不同醋酸鋅濃度製備硫化鋅的粒徑大小與產率...........79 表 3-10 不同TAA濃度製備硫化鋅的粒徑大小與產率.............83 表 3-11 不同酸鹼值製備硫化鋅的粒徑大小與產率..............87 表 3-12 400℃燒結後硫化鋅的粒徑大小.......................93 圖目錄 圖 1-1 螢光體受紫外光激發..................................5 圖 1-2 電子能量釋放示意圖..................................9 圖 1-3 位能與配位座標關係.................................10 圖 1-4 閃鋅礦型硫化鋅（Zinc－blende；或稱為β－ZnS）......14 圖 1-5 纖維鋅型硫化鋅（Wurtzite；或稱為α－ZnS）..........14 圖 1-6 一個二因子因子實驗.................................23 圖 1-7 聯立最佳化的個別願望函數...........................26 圖 2-1 A1~A16製備流程圖...................................37 圖 2-2 B1~B2製備流程圖....................................39 圖 2-3 C1~C2製備流程圖....................................41 圖 3-1 XRD之鋁合金載臺的特性波峰圖譜......................43 圖 3-2不同條件下所製備之硫化鋅的XRD 圖譜..................44 圖 3 3 ZnS(立方晶)之XRD 標準波峰資料......................45 圖 3 4 ZnS(六面晶)之XRD 標準波峰資料......................45 圖 3-5 產率之AB、AC、AD、BC、BD、CD交互作用圖.............52 圖 3-6 粒徑之AB、AC、AD、BC、BD、CD交互作用圖.............58 圖 3 7 B1和B2硫化鋅之SEM圖................................63 圖 3 8 B1和B2硫化鋅之XRD圖................................63 圖 3-9 A1~A16硫化鋅SEM圖..................................66 圖 3-10 A1~A16硫化鋅TEM圖.................................69 圖 3-11 反應時間由40分鐘變成80分鐘之XRD圖.................73 圖 3-12 反應時間由40分鐘變成80分鐘之SEM圖.................73 圖 3-13 反應溫度由70℃變成90℃之XRD圖.....................77 圖 3-14 反應溫度由70℃變成90℃之SEM圖.....................77 圖 3-15 醋酸鋅濃度由0.05M變成0.35M之XRD圖.................81 圖 3-16 醋酸鋅濃度由0.05M變成0.35M之SEM圖.................81 圖 3-17 TAA濃度由0.05M變成0.35M之XRD圖....................85 圖 3-18 TAA濃度由0.05M變成0.35M之SEMD圖...................85 圖 3-19 不同酸鹼值製備硫化鋅之XRD圖.......................89 圖 3 20 ZnO(六方晶)之XRD 標準波峰資料.....................90 圖 3-21 不同酸鹼值製備硫化鋅之SEM圖.......................91 圖 3-22 醋酸鋅溶液加入氨水之SEM圖.........................92 圖 3-23 醋酸鋅溶液加入氨水之XRD圖.........................92 圖 3-24 400℃燒結前後硫化鋅之XRD圖........................95 圖 3-25 400℃燒結前後硫化鋅之SEM圖........................96 圖 3-26 奈米硫化鋅螢光體的放射機制........................98 圖 3-27不同醋酸鋅濃度和TAA濃度比例之PL 光譜圖............100 圖 3-28 不同時間（40分鐘、80分鐘）之PL 光譜圖............102 圖 3-29 不同溫度（70度、90度）之PL 光譜圖................104 圖 3-30 不同酸鹼值之PL 光譜圖............................106 圖 3-31 燒結之PL 光譜圖..................................107

    參考文獻
    1. 張安華，“實用奈米技術”，新文京開發出版，p28，2005
    2. 馬振基，“奈米材料科技原理與應用”，全華科技圖書股份有限公司，2003
    3. 高逢時，“黑暗的精靈螢光體”，科學發展，367期，p64-69，2003
    4. 顯示技術研討會，經濟部工業局81 年度光電工業人才培訓計畫專刊，p296，1992
    5. 邱梅英，“奈米硫化鋅製備方法及其性質研究”，國立新竹教育大學應用科學系教學碩士班碩士論文，2008
    6. 郭益男，“反應性射頻磁控濺鍍氧化鋅薄膜之光激發光特性之研究”，國立中山大學電機工程學系碩士論文，2004
    7. 柯以侃主編，吳明珠校訂，“儀器分析＂，新文京開發出版有限公司，pp.155~235、p.373~417，1993
    8. 嚴谷繁雄，“螢光體ハンドブツク，螢光體ハンドブツク編輯委員會＂，p2-p3 ,1987
    9. 洪志瑋，“硫化鋅共摻雜銅、錳高溫燒結之發光特性研究＂，逢甲大學化學工程學系碩士論文，2007
    10. 王明發，“YAG螢光粉體的製備及其性質＂，南台科技大學化學工程研究所碩士論文，2004
    11. D.R.Vij and N.Singh,Nova Science Publishers,1998,169
    12. X.M.Gu,J.Dai,and S.H.Li,Chinese Journal of Applied Chemistry, 2007,24,1
    13. T.B.Nasrallah,M.Amlouk and J.C.Bernede,Phys. Stat. Sol.，2004,201,3070
    14. S.Velumani and J.A.Ascencio,Appl. Phys. A,2004,79，153
    15. P.Goldberg ,Acadamic Press Inc.,1966

    16. 林麗玉，“奈米硫化鋅與硫化鋅鎘螢光體微粒之製備、特性鑑定與發光特性研究＂，國立交通大學應用化學研究所碩士論文，2000
    17. N.I.Kovtyukhova,E.V.Buzaneva,C.C.Waraksa and T.E.Mallouk, Materials Science and Engineering B,2000,69,411
    18. 黃琪傑，“以熱溶法制備硫化鋅奈米粉體之研究＂，國立成功大學化學工程所碩士論文，2001
    19. L.Y.Cheng,Y.Chen and Q.S.Wu,ACTA CHIMICA SINICA, 2007, 65, 1851
    20. 郭白嘉，“硫化鋅–氧化鋅之核–殼結構的製備及特性＂國立交通大學材料科學與工程學系碩士論文，2004
    21. H.Tang,G.Y.Xu,R.F.Wu,Y.Y.Li and Z.P.Lu,Jounal of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics,2004,36,778
    22. F.H.Huang and Y.R.Peng,Chinese Journal of Synthetic Chemistry,2004,12,529
    23. 陳慧薇，“合成硫化鋅及添加錳之硫化鋅奈米粒子及其特性研究＂，私立中原大學化學研究所碩士論文，1993
    24. 陳志昇，“奈米ZnS：Mn添加含羧機酸之螢光粉的合成與發光特性＂，私立逢甲大學化學工程研究所碩士論文，2003
    25. G.M.Chen,X.B.Yan,W.Li,H.J.Li and X.M.Ji,Journal of Nanyang Normal University, 2006,5,57
    26. 徐修生，“硫化鋅摻錳螢光粉之製備與性質研究＂，國立成功大學材料科學及工程學系碩士論文，p19，1992
    27. D.Q.Wang and H.Y.Shao,Journal of Taishan University,2005,27,75
    28. 洪士峰，“硫化鋅螢光粉製作條件對其發光性質的影響＂，私立逢甲大學化學工程研究所碩士論文，2004
    29. L.Y.Cheng,Y.Chen and Q.S.Wu,ACTA CHIMICA SINICA,2007,17, 1851
    30. 黎正中、陳源樹，“實驗設計與分析＂，高立圖書有限公司，2006
    31. 林昌麒，“氧化鋅奈米晶體的成長與物理特性研究＂，國立彰化師範大學光電科技研究所碩士論文，2007
    32. 莊萬發，“超微粒子理論應用＂，復漢出版社，2001
    33. 李昭仁，“化學工程手冊＂，高立出版，p73，1984。
    34. M.W.Barsoum,Fundamentails of Ceramics,2000
    35. R.Willianms,P.N.Yocom and F.S.Stofko,J of Colloid and Interface Science,1985,106,388
    36. G.Madras and B.J.Mccoy,Journal of Chemical Physics,2002,117
    37. J.C.Tang,Y.D.Deng,J.Li,W.S.Liu and Y.H.He,The Chinese Journal of Nonferrous Metals,2007,17,75
    38. A.E.Nielsen,Macmillan Press,1964,34
    39. J.W.Luo,R.F.Mo,G.Q.Jin and X.Y.Guo,CHINESE JOURNAL OF INORGANIC CHEMISTRY,2008,24,1084
    40. 高于迦，“摻雜錳硫化鋅奈米微粒之製備與其發光特性之研究＂，大同大學材料工程研究所碩士論文，2001
    41. H.J.Yuan,S.S.Xie,D.F.Liu,X.Q.Yan,Z.P.Zhou,L.J.Ci,J.X.Wang,Y.Gao,L.Song,L.F.Lin,W.Y.Zhou and G.Wang,J.Cryst.Growth, 2003,258,225
    42. C.X.Xu,L.Huang,Z.H.Lu,Chin.J.Lumin.,1999, 20,239
    43. M.Kanemoto, H.Hosokawa, Y.Wada, K.Murakoshi, S.Yanagida, T.Sakata,H.Mori,M.Ishikawa and H.Kobayashi,J. Chem. Soc. Faraday Trans.,1996,92,2401
    44. S.Wageh,S.L.Zhao and X.R.Xu, J. Cryst. Growth 255,2003,332
    45. 呂昊穎，“氧化鋅及硫化鋅奈米螢光材料之研製及其光電特性之研究＂，國立成功大學電機工程研究所博士論文，2005

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