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研究生: 張嘉晏
論文名稱: 以溶膠-凝膠法製備Epoxy/TiO2奈米複合材料及其在LED封裝之應用研究
指導教授: 金惟國
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電機資訊學院 - 光電科技產業研發碩士專班
Interdisciplinary Program of Engineering
論文出版年: 2007
畢業學年度: 95
語文別: 中文
論文頁數: 91
中文關鍵詞: 溶膠-凝膠法環氧樹脂發光二極體折射率熱傳係數
外文關鍵詞: sol-gel, epoxy, LED, refractive index, thermal conductivity
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  • 本研究旨在利用溶膠-凝膠法製備環氧樹脂與二氧化鈦奈米複合材料。經由配方組成變化及製程條件控制,複合材料可融合有機材料之韌性及加工性和無機材料之耐熱性及強度。並藉由反應生成的TiO2,提升複合材料的熱傳導性、降低其熱膨脹係數、提高材料的折射率,並探討作為LED封裝應用之可行性。
    首先將環氧樹脂以適當的偶合劑進行接枝改質,使環氧樹脂具有帶反應性矽氧烷之側鏈,增加環氧樹脂與二氧化鈦的介面接著力。再將改質後的環氧樹脂與Titanium(IV) isopropoxide (TIP)經溶膠-凝膠法在室溫下進行水解縮合反應形成Epoxy/TiO2複合材料。最後加入硬化劑及促進劑進行硬化,並以DSC、TGA、及TMA分析材料的熱性質及熱膨脹係數;以熱傳導分析儀分析材料的熱傳係數;以UV-VIS光譜儀、橢圓儀進行材料光學特性分析;以SEM進行型態學分析。
    研究結果顯示,環氧樹脂與IPTES接枝改質成功,且於酸性環境下,改質環氧樹脂可與TIP進行溶膠-凝膠反應生成Si-O-Ti鍵結,其矽氧烷鍵結以T2型取代鍵結為主,且生成之粒子粒徑小於100nm並均勻分散於複合材料中。在硬化物之物性分析上,Epoxy/TiO2複合材料的玻璃轉移溫度會比純環氧樹脂稍低。隨著TIP添加比例的增加,熱裂解溫度會些微下降,而焦碳殘餘量則持續增加,以添加5wt%的TIP擁有較好的耐熱性質。熱膨脹係數則隨著TIP添加量的增加而降低,顯示加入無機物後,可有效降低有機材料的熱膨脹係數。當TIP添加量增加至20wt%時,可得最高的熱傳係數以及折射率,然而在光穿透度上,隨著TIP添加比例的增加,短波長的光穿透度也隨之下降;另外,隨著封裝材料厚度的增加,整體的光穿透度也會漸漸下降。因此,整體來看,本研究所製備的Epoxy/TiO2奈米複合材料,將僅能應用於綠光及紅光LED封裝上。


    摘要 I 謝誌 II 目錄 III 圖目錄 VI 表目錄 IX 第一章 緒論 1 第二章 理論基礎與文獻回顧 4 2-1 LED光取出原理 4 2-2 高折射率高分子材料 8 2-2-1 高分子折射率 8 2-2-2 高折射率有機材料的發展 8 2-3 環氧樹脂簡介 12 2-4 奈米複合材料 17 2-5 溶膠-凝膠法 19 2-5-1 溶膠 20 2-5-2 凝膠 21 2-5-3 金屬烷氧化物反應性對Sol-Gel反應的影響 21 2-5-4 催化劑的影響 22 2-5-5 PH值對sol-gel反應的影響 23 2-5-6 添加水量的影響(r值) 24 2-5-7 溶劑的影響 25 第三章 實驗內容 28 3-1 實驗藥品 28 3-2 實驗儀器及設備 30 3-3 實驗流程 31 3-4 實驗步驟 33 3-4-1 環氧樹脂接枝改質 33 3-4-2 溶膠-凝膠法製備M-Epoxy/TiO2材料 34 3-4-3 M-Epoxy/TiO2之硬化與物性分析 35 3-5 結構與物性分析 36 第四章 結果與討論 39 4-1 環氧樹脂接枝改質 39 4-1-1 以FTIR進行改質環氧樹脂之結構鑑定 39 4-1-2 硬化條件選取 40 4-2 溶膠-凝膠法製備M-Epoxy/TiO2材料 45 4-2-1 以FTIR監測溶膠-凝膠反應 45 4-2-2 不同PH值及r值對sol-gel反應的影響 45 4-2-3 M-Epoxy/TiO2之結構鑑定 47 4-2-4 粒徑分析 49 4-3 M-Epoxy/TiO2之硬化與物性分析 59 4-3-1 硬化反應性 59 4-3-2 硬化物玻璃轉移溫度分析 59 4-3-3 硬化物耐熱性分析 60 4-3-4 硬化物機械性質分析 62 4-3-5 硬化物熱傳效果分析 63 4-4 M-Epoxy/TiO2材料光學特性分析 69 4-4-1 UV-VIS穿透度測定 69 4-4-2 折射率分析 70 4-5 M-Epoxy/TiO2材料型態學分析 77 4-5-1 EDX元素分析 77 4-5-2 SEM型態分析 77 第五章 結論 86 第六章 參考文獻 88

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