硫酸溶液中過氧化氫濃度監測電極之開發研究

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研究生：	王坤偉 Kun-Wei Wang
論文名稱：	硫酸溶液中過氧化氫濃度監測電極之開發研究 Development of Sensors for Measuring Hydrogen Peroxide Concentration in Sulfuric Acid Solutions
指導教授：	蔡春鴻 Chuen-Horng Tsai 葉宗洸 Tsung-Kuang Yeh
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	原子科學院 - 工程與系統科學系 Department of Engineering and System Science
論文出版年：	2007
畢業學年度：	95
語文別：	中文
論文頁數：	59
中文關鍵詞：	過氧化氫、電極、蝕刻
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印刷電路板（Printed Circuit Board, PCB）產業在其電路板的製程中，多採用硫酸搭配其他有機或無機物的蝕刻液或名為SPS/APS（Sodium Persulphate / Ammonia Persulphate）系列的蝕刻液，做為PCB上微蝕刻、蝕薄銅或棕化（SPS/APS不適用）等清洗與表面處理製程的電解液，其中又以硫酸-過氧化氫系列蝕刻液在國內PCB製程的應用最為廣泛。此系列蝕刻液對於PCB之蝕刻速率快慢與蝕刻粗糙度主要取決於硫酸濃度與過氧化氫濃度，其中過氧化氫對PCB表面平整度的影之響相對較硫酸為高，因此過氧化氫濃度的控制攸關製程品質之良窳。
對於過氧化氫濃度的量測雖然已經有許多方式被提出，但傳統應用於印刷電路板線上作業的方法卻無較迅速且立即的監測方法，有鑑於此，我們採用了目前較可行的電位量測方法，透過蝕刻液中監控電極與參考電極的電位變化，使作業人員可以迅速的察覺蝕刻液中過氧化氫濃的變化，在此研究中我們利用鋯、釩合金、不鏽鋼、以及鋁合金幾種不同的材料當做工作電極進行電化學量測，找出對過氧化氫濃度有較好靈敏度之電極材料，並利用蒸鍍Cr、Ni、V與離子佈植Cr、Ni等元素於鋁合金上進行電極表面改質，希望可以進一步對於印刷電路板製程中使用硫酸-過氧化氫系列蝕刻液之產線自動化成本降低有所助益。
實驗結果顯示，5052鋁合金當作工作電極以監控過氧化氫濃度變化，在所有測試材料中擁有最好的偵測靈敏度與穩定性。而以蒸鍍和離子佈植技術改質鋁合金表面，則均可以有效的降低鋁合金電極的腐蝕速率，本項研究與成果對於過氧化氫濃度監控電極的發展提供了一個更有效而經濟的材料與製備技術。

目    錄

摘要
誌謝
目錄
圖目錄
表目錄
1  第一章 緒論......................................................1
2  第二章 文獻回顧..................................................3
 2.1  過氧化氫濃度偵測的方法........................................3
    2.1.1  化學光度法...............................................4
    2.1.2  分光光度法...............................................5
    2.1.3  滴定法...................................................6
    2.1.4  JUMO電極 .... ...........................................7
2.2  釩金屬與釩合金屬..............................................9
3  第三章 實驗方法.................................................13
 3.1  實驗方法.....................................................13
 3.2  試片選擇.....................................................16
    3.2.1  試片製備................................................16
    3.2.2  陽極處理預長氧化膜......................................17
    3.2.3  靜態系統電位量測........................................17
    3.2.4  動態系統電位量測........................................19
 3.3  表面改質.....................................................20
    3.3.1  e-gun Evoaporation......................................22
    3.3.2  Ion-implantation........................................23
 3.4  表面分析.....................................................24
4  第四章 實驗結果.................................................25
 4.1  試片靈敏度分析...............................................25
    4.1.1  預氧化試片..............................................25
    4.1.2  未預氧化試片............................................27
    4.1.3  初期量測系統............................................30
    4.1.4  靜態量測系統............................................36
    4.1.5  動態量測系統............................................38
    4.1.6  流速對腐蝕電位的影響....................................41
    4.1.7  5052鋁合金與6061鋁合金的表面分析.......................42
    4.1.8  5052與6061鋁合金的腐蝕速率.............................44
 4.2  表面改質.....................................................47
   4.2.1  鍍膜試片靈敏度評估.......................................47
   4.2.2  鍍膜試片腐蝕速率評估.....................................48
   4.2.3  離子佈植.................................................51
   4.2.4  表面分析.................................................52
5  第五章 結論.....................................................59

圖目錄

圖 2-1  (a)the acridinium ester之巨集其機制..........................5
圖 2-1  (b)Ⅲ-acridinium ester合成步驟...............................5
圖 2-2  未除氧硫酸溶液中JUMO釩鈮電極位.............................7
圖 2-3  未除氧酸性溶液中釩電極穩態（Steady-State）電位（Ess）相對於酸鹼
        度之關係....................................................8
圖 2-4  未除氧硫酸溶液中自製電極電位相對於過氧化氫濃度係............9
圖 2-5  不同pH值釩電極電位與時間的關係............................10
圖 2-6  pH 12溶液中不同氣體與電極電位的關係........................11
圖 2-7  不同成分鈦釩合金光電流與電極電位關係圖.....................12
圖 3-1  (a)第一部分實驗流程圖.......................................14
圖 3-2  (b)第二部分實驗流程圖.......................................15
圖 3-3  (a)初期量測系統.............................................18
        (b)靜態系統.................................................18
圖 3-4  動態循環系統...............................................20
圖 3-5  動態極化掃描實驗裝置.......................................22
圖 3-6  鑲埋後鍍有60 nm 鍍膜層的試片...............................23
圖 4-1  (a)JUMO電極腐蝕電位隨H2O2濃度變化關係圖.....................25
        (b)預氧化304SS腐蝕電位隨H2O2濃度變化關係圖..................26
        (c)預氧化純鋯腐蝕電位隨H2O2濃度變化關係圖............... ....26
圖 4-2  (a)JUMO電極腐蝕電位隨H2O2濃度變化關係圖............... ......28
        (b)未預氧化304SS腐蝕電位隨H2O2濃度變化關係圖................28
        (c)未預氧化純鋯腐蝕電位隨H2O2濃度變化關係圖............ .....29
圖 4-3  (a)304SS腐蝕電位隨H2O2濃度變化關係圖................ ........30
        (b)純鋯腐蝕電位隨H2O2濃度變化關係圖...................... ...31
        (c)Ti-6Al-4V腐蝕電位隨H2O2濃度變化關係圖....................31
        (d)5052-0 鋁合金腐蝕電位隨H2O2濃度變化關係圖................32
圖 4-4  (a)兩次Ti-6Al-4V合金腐蝕電位隨H2O2濃度變化關係圖............33
        (b)兩次5052-0鋁合金腐蝕電位隨H2O2濃度變化關係...............34
圖 4-5  (a)四種試片在進行實驗前(已研磨)的照片.......................35
        (b)四種試片在實驗結束後的SEM照片...........................35
圖 4-6  (a)四種工作電極分別於0.5 M與1 M硫酸且不同過氧化氫濃度下的相對於白金參考電極的電極電位...................................37
        (b)JUMO電極分別於0.5 M與1 M硫酸且不同過氧化氫濃度下的相對於白金參考電極的電極位.......................................38
圖 4-7  0.5M與1 M硫酸溶液中不同過氧化氫濃度下不同工作電極以及JUMO電極的電位...................................................40
圖 4-8  鋁合金5052與6061對過氧化氫靈敏度關係圖....................41
圖 4-9  5052鋁合金在不同過氧化氫濃度下的對流速的關圖. .............42
圖 4-10 5052鋁合金表面在1 M硫酸溶液系統中的過氧化氫濃度偵測電極測試裝置.......................................................43
圖 4-11 6061鋁合金表面在1 M硫酸溶液系統中的過氧化氫濃度偵測電極測試裝置.......................................................44
圖 4-12 (a)Al5052在硫酸溶液中添加30g/l過氧化氫濃度之極化掃瞄曲線.........................................................45
        (b)Al6061在硫酸溶液中添加30g/l過氧化氫濃度之極化掃瞄曲線.........................................................46
        (c)JUMO在硫酸溶液中添加30g/l過氧化氫濃度之極化掃瞄曲線.........................................................46
圖 4-13 鍍Ni膜試片對不同過氧化氫之靈敏度..........................48
圖 4-14 1M硫酸溶液中塗覆Cr、Ni、V、Al5052合金與ＪＵＭＯ電極的極化掃描曲線.....................................................49
圖 4-15 1M硫酸添加30 g/L過氧化氫混合溶液中塗覆Cr、Ni、V、Al5052合金與ＪＵＭＯ電極的極化掃描曲線...............................50
圖 4-16 (a)4-16 Al5052-Ni(150Kev)與Al5052-Cr(130Kev)在1M與0.5M硫酸溶液中對過氧化氫的曲線關係圖.................................51
        (b)Al5052-Ni(150Kev)與Al5052-Cr(130Kev)在1M硫酸溶液中添加30g/lH2O2之動態極化掃瞄 ....................................52
(c)Al5052-Ni(150Kev)與Al5052-Cr(130Kev)在0.5M硫酸溶液中添加30g/lH2O2之動態極化掃瞄 ....................................52
圖 4-17 蒸鍍Al5052-Cr(60nm)的SEM照片集其相對應EDX. ...............53
圖 4-18 蒸鍍Al5052-Cr(60nm)的SEM照片集其相對應EDX.................54
圖 4-19 蒸鍍Al5052-Cr(60nm)的SEM照片集其相對應EDX.................55
圖 4-20 蒸鍍Al5052-Ni(60nm)的SEM照片集其相對應EDX................55
圖 4-21 蒸鍍Al5052-Cr(60nm)實驗後的SEM照片集其相對應EDX...........56
圖 4-22 蒸鍍Al5052-Ni(60nm)實驗後的SEM照片集其相對應EDX...........57
圖 4-23 Al5052-Ni(150Kev)實驗後的SEM照片集其相對應EDX.............57
圖 4-24 實驗後Al5052-Cr(130Kev)的SEM照片集其相對應EDX.............58











表目錄

表 3-1  試片化學成份表.............................................16
表 3-2  蒸鍍時的操作參數...........................................23
表 4-1  預氧化JUMO、SS、Zr硫酸溶液中對過氧化氫的變化數據............27
表 4-2  未預氧化JUMO、SS、Zr硫酸溶液中對過氧化氫的變化數據..........29
表 4-3  304SS、Zr金屬、Ti-6Al-4V、Al5052-O在硫酸溶液中對過氧化氫靈敏度.........................................................32
表 4-4  304SS、Zr、Ti-6Al-4V、Al5052-O分別在0.5M與1M硫酸對過氧化氫濃度下的相對於白金參考電極的電極電位.......................37
表 4-5  1M硫酸添加30 g/L過氧化氫混合溶液中塗覆Cr、Ni、V、Al5052合金與ＪＵＭＯ電極的腐蝕速率...................................50

                                

參考文獻

1. U. Hauf, H. Fuerhaupter, and H. Roberts, “Process for Improved Photoresist Adhesion,” CircuiTree, Features Item, May 2001, http://www.circuitree.com/.
2. JUMO Data Sheet 20.2660, “JUMO Corrotrode - For measuring the hydrogen peroxide concentration in acidic etching baths in PCB manufacture,” JUMO Process Control, Inc., U.S.A., 2003.
3. Dam T. V. Anh, W. Olthuis, P. Bergveld, “Hydrogen Peroxide detection with Improved selectivity and Sensitivity Using Constant Current Potentiometry,” Sensors and Actuator, B 91, p. 1-4, 2003.
4. Eithne Dempsey etc., ”Design and Development of a Miniaturised Total Chemical Analysis System for On-line Lactate and Glucose Monitoring in Biological Samples,” Analytica Chimica Acta, Vol. 346, p. 341-349, 1997.
5. Toshio Yao, Kazuya Kotegawa, ”Simultaneous Flow-injection assay of Creatinine and Creatine in Serum by the Combined Use of a 16-way Switching Valve, Some Specific enzyme Reactors and a Highly Selective Hydrogen Perxide Electrode,” Analytica Chimica Acta, Vol. 462, p. 283-291, 2002.
6. William L. Miller and Dana R. Kester, “Hydrogen Peroxide Measurement in Seawater by (p-Hydroxyphenyl)acetic Acid Dimerization,” Anal. Chem., Vol. 60, p. 2711-2715, 1988.
7. David Price, Paul J. Worsfold, R. Fauzi C. Mantoura, “Determination of Hydrogen Peroxide in Sea water by Flow-injection Analysis with Chemiluminescence Detection,” Analytica Chimica Acta, Vol. 298, p. 121-128, 1994.

8. Roland Schick, Ingbert Strasser, Hans-Hennung Stabel, “Fluorometric Determination of Low Concentrations of H2O2 in Water : Comparison with Two Other Methods and Application to Environmental Samples and Drinking-water Treatment,” Wat. Res., Vol. 31, No. 6, p. 1371-1378, 1997.
9. William J. Cooper etc., “A Chemiluminescence Method for the
Analysis of H2O2 in Natural Waters,” Marine Chemistry, Vol. 70, p. 191-200, 2000.
10.F. M. Al-Kharafi and W. A. Badawy, “Electrochemical behavior
of Vanadium in Aqueous Solutions of Different pH,”
Electrochemica Acta, Vol. 42, No. 4, p. 579-586, 1997.
11.T. Bachmann, W. Vonau, P. John, “Study of the Structure of Passivated Vanadium-Titanium Alloys and Their Semiconductor Properties,” Anal Bioanal Chem, Vol. 374, p. 715-719, 2002.
12.W. Habermann, German Patent DE 196 11 113 C2.
13.M. K. Juchheim GmbH & Co, German Patent DE 199 53 218.
14.威保通公司內部實驗數據，2002年10月。
15.T. K. Yeh and C. F. Chang, Unpublished Experimental Data.
16.林三光、葉宗洸、蔡春鴻，「高溫純水中貴重金屬被覆304不□鋼與主要樣化還原劑之電化學行為研究」，碩士論文，國立清華大學工程與系統科學系，民國92年1月。
17.Y. J. Kim, “Analysis of Oxide Film Formed on Type 304 Stainless Steel in 288℃ Water Containing Oxygen, Hydrogen, and Hydrogen Peroxide,” Corrosion, vol. 55, no. 1, p. 81 (1999).
18.Tsung-Kuang Yeh, Ming-Yong Lee, and Chuen-Horng Tsai, □

Intergranular Stress Corrosion Cracking of Type 304 Stainless Steels Treated with Inhibitive Chemical in Simulated Boiling Water Reactor Environments,□ Journal of Nuclear Science and Technology, v. 39, p. 531-539 (2002).

全文公開日期本全文未授權公開 (校內網路)
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