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研究生：	劉冠岑 Liu, Kuan-Tseng
論文名稱：	使用陰-陽離子混合界面活性劑合成各種形態之中孔洞氧化矽、磷酸鈣、磷酸鈣/二氧化矽複合材料 Synthesis of Mesoporous Silica、Apatite、Apatite/Silica Materials by Using Cationic and Anionic Binary Surfactant as Template
指導教授：	林弘萍 Lin, Hung-Ping
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	理學院 - 化學系 Department of Chemistry
論文出版年：	2011
畢業學年度：	99
語文別：	中文
論文頁數：	83
中文關鍵詞：	生物成礦、中孔洞氧化矽、磷酸鈣
外文關鍵詞：	biomineralization, mesoporous silica, apatite
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分子自組裝的行為普遍存在於生物系統中，是各種複雜生物結構形成的基礎。本研究將此觀念應用於合成中孔洞結構材料，期盼能藉由改變不同反應組成和條件合成出各種氧化矽型態，了解自然界生物成礦的原理。
　　由界面活性劑化學得知，陽性－陰性離子型界面活性劑所組成的系統，可形成各種微胞結構和介尺度液晶相，適合作為合成中孔洞氧化矽的多元化模板。本實驗採用不同碳鏈長度之陽離子型界面活性劑 (CnTMAB n=14-18)及不同陰離子型界面活性劑(SDS，MDP)所形成的混合型界面活性劑系統作為有機模板，結合低濃度的無機物矽酸鈉(sodium silicate)溶液在不同溫度，水量，pH值之條件下，藉由調控實驗變因製備不同型態及結構的中孔洞氧化矽材料。
本研究所製成之氧化矽界尺度結構材料依照其型態分為三大類:一、條狀具c2mm結構之中孔洞氧化矽；二、繡花球狀氧化矽；三、紅血球狀氧化矽材料，其皆為特殊構型，且產物的均勻度高(>90%)。本實驗合成方法簡單，產率高，實驗再現性良好，對於了解自然界生物成礦的形成機制，及對於奈米孔洞材料在構型上的控制，具有很高的開發價值。
此外，以生物成礦的概念衍生至磷酸鈣、磷酸鈣/二氧化矽材料；實驗運用MDP陰離子型界面活性劑與鈣離子之間有很好的作用力，先形成陰陽離子混和之有機模板，再加入鈣離子及磷酸根離子、氧化矽源，可製備出薄片狀及空心球狀之複合材料，高溫鍛燒除去界面活性劑後，其表面積可達130 m2g-1 以上，未來在生醫玻璃有很好的發展價值。

Molecular self-assembly behavior generally exists in the living systems of complex structural forms which are the bases of diverse complex biological structure. Our approach is focused on understanding the theories of biomineralization in nature from preparation of mesoporous silica using different synthetic conditions.

According to surfactant chemistry, it is well known that there are various mesophases and morphologies in the mixture of cationic and anionic surfactants (i.e. catanionic surfactant). Therefore, the catanionic surfactants can be used as a versatile template to synthesize the mesoporous silica in various spectacular morphologies. In this experiment, we first mixed cationic surfactant( CnTMAB，n = 14-18 ) with anionic surfactant( SDS，MDP ) to form organic template, incorporated a highly-dilute inorganic sodium silicate solution in different pH value、anionic/cationic surfactant ratio and surfactant concentration and so on.
According to the structures of silica we synthesized, the experiment can be divided into three main part:
1. the strip mesoporous silica with c2mm structure
2. Hydrangea Ball liked silica
3. Red blood ball liked silica
This synthetic method is simple and has high yield and reproducibility. Therefore, our research results have high referencing values for understanding biomineralization concepts and theories as well as extrapolating the mechanism
In another way, deriving from biomineralization to synthesize apatite and apatite/silica hybrid materials; using the interaction between MDP anionic surfactants and calcium (2+), at first we synthesized the catanionic surfactant system organic template , than added calcium(2+)、phosphate ions and TEOS, can synthesize film and vesicle hybrid material, after 600°C calcined, the surface area can higher than 130 m2g-1,our research results have high referencing values for bioglass.

第一章 緒論.....1
2 生物成礦(Biomineralization)的發展與研究.....1
3 中孔洞材料.....3
3.2 中孔洞材料簡介.....3
3.3 中孔洞材料的主要研究範疇.....5
4 界面活性劑簡介.....7
4.2 界面活性劑基本性質.....7
4.3 界面活性劑的分類.....7
4.4 界面活性劑的行為.....8
4.5 陽性－陰性離子型界面活性劑所組成的系統.....11
5 無機物的基本概念.....12
5.2 TEOS性質.....12
5.3 矽酸鹽性質.....14
5.4 生醫玻璃.....17
5.5 研究成果簡介.....17
第二章 實驗部分.....19
2 化學藥品.....19
3 樣品的合成方法.....21
3.2 條狀具c2mm結構之中孔洞氧化矽合成步驟.....21
3.3 繡花球狀氧化矽材料合成步驟.....22
3.4 紅血球狀氧化矽材料合成步驟.....22
3.5 以陰陽離子界面活性劑混和系統合成各種特殊形態之磷酸鈣及氧化矽/磷酸鈣複合材料.....23
4 儀器鑑定分析.....24 
4.2 熱重分析儀(Thermogravimetric analysis; TGA).....24 
4.3 掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscopy; SEM).....24 
4.4 穿透式電子顯微鏡(Transmission Electron Microscopy; TEM).....24 
4.5 氮氣等溫吸附-脫附測量(N2 adsorption/desorption isotherm).....24 
4.6 紅外線光譜(Infrared Spectrometer).....24 
4.7 X-射線粉末繞射光譜(Powder X-Ray Diffraction).....25 
4.8 X光能量散佈光譜儀(Energy Dispersive Spectrometer; EDS).....25
第三章 以C18TMAC — SDS — H2O系統合成條狀具c2mm結構之中孔洞氧化矽材料之研究.....26
2 研究動機與實驗設計.....26
3 結果與討論.....27
3.2 條狀具c2mm結構之中孔洞氧化矽的合成與鑑定.....27
3.3 SDS/C18TMAC莫耳比(S)對條狀具c2mm結構之中孔洞氧化矽型態的影響.....30
3.4 合成pH值對條狀具c2mm結構之中孔洞氧化矽型態的影響.....32
3.5 合成溫度對條狀具c2mm結構之中孔洞氧化矽型態的影響.....33
3.6 無機系統水量對條狀具c2mm結構之中孔洞氧化矽型態的影響.....33
3.7 有機系統水量對條狀具c2mm結構之氧化矽材料的影響.....35
3.8 矽酸鈉(S.S)含量對條狀具c2mm結構之氧化矽材料的影響.....35
第四章 以C14TMAB — MDP — H2O系統合成各種特殊形態之中孔洞氧化矽材料研究.....37
2 研究動機與實驗設計.....37
3 結果與討論.....38
3.2 MDP/ C14TMAB莫耳比(S)為0.10，探討不同pH值對氧化矽型態的影響.....38
3.3 MDP/ C14TMAB莫耳比(S)為0.20，探討不同pH值對氧化矽型態的影響.....39
3.4 MDP/ C14TMAB莫耳比(S)為0.30，探討不同pH值對氧化矽型態的影響.....41
3.5 MDP/ C14TMAB莫耳比(S)= 0.40時，探討不同pH值對氧化矽型態的影響.....42
3.6 MDP/ C14TMAB莫耳比(S)= 0.50時，探討不同pH值對氧化矽型態的影響.....43
3.7 MDP/ C14TMAB莫耳比(S)= 0.60時，探討不同pH值對氧化矽型態的影響.....44
3.8 MDP/ C14TMAB莫耳比(S)為0.70，探討不同pH值對氧化矽型態的影響.....45
3.9 C14TMAB—MDP—H2O系統合成繡花球狀氧化矽材料研究.....46
3.10 C8TMAB—SOS—H2O系統合成繡花球狀氧化矽材料.....49
3.11 C14TMAB—MDP—H2O系統合成紅血球狀氧化矽材料研究.....54
3.12 C18TMAC—SDS—H2O系統合成紅血球狀氧化矽材料研究.....57
第五章 以C16TMAB—MDP—H2O系統合成各種特殊形態之磷灰石、磷灰石/二氧化矽複合材料研究.....60
2 研究動機與實驗設計.....60
3 結果與討論.....61
3.2 不同pH值下，以MDP作為模板之磷灰石.....61
3.3 C16TMAB—MDP—H2O系統合成磷灰石材料研究.....64
3.4 C16TMAB — MDP — H2O系統合成磷灰石/氧化矽複合材料研究.....69
3.4.1 C16TMAB—MDP—H2O系統合成磷灰石/氧化矽複合材料(未調整至鹼性).....69
3.4.2 C16TMAB—MDP—H2O系統合成磷灰石/氧化矽複合材料 (利用Urea調整至鹼性 8.5左右).....73
3.4.3 C16TMAB—MDP—H2O系統合成磷灰石/氧化矽複合材料(利用碳酸鈉調整至鹼性 8.5左右).....76
結論.....79
參考文獻.....81

                                    

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校內：2014-07-11公開
校外：不公開電子論文尚未授權公開，紙本請查館藏目錄

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