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研究生： 黃美葳
Huang, Mei-Wei
論文名稱： 使用Metal-Silicate為原料合成出MOF/silica複合孔洞材料及探討SBA-16孔洞材料對液晶光電行為之效應
Synthesis of MOF/silica Materials Using Metal-silicate as Precursor and Investigation into Effect of SBA-16 Mesoporous Silica on Electro-Optical Behavior of Liquid Crystal
指導教授： 林弘萍
Lin, Hong-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： 2018
畢業學年度： 106
語文別： 中文
論文頁數： 64
中文關鍵詞： ZIF-67/silica複合材料 、Cu3(BTC)2/silica複合材料 、SBA-16晶體材料 、5CB液晶
外文關鍵詞： ZIF-67, Cu3(BTC)2, dye molecules, SBA-16 crystal, 5CB liquid crystals, electro optical behavior
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    • 第一部分 ZIF-67/silica以及Cu3(BTC)2/silica複合材料的合成及應用
    在本研究中，利用異相成核及剝蝕法分別以CoCl2及CuSO4製成Co-silicate和Cu-silicate，再利用有機螯合物在不同酸鹼值下所帶電荷不同，進而與metal silicate上的金屬離子進行螯合，形成ZIF-67/silica以及Cu3(BTC)2/silica複合孔洞材料。而這兩種材料的比表面積皆可達到800-900 m2g-1，且其皆是具有微孔特性的中孔洞材料，因其孔洞結構提供來源為MOF結構本身微孔及silica本身的中恐結構。利用ZIF-67/silica複合材料本身ZIF-67上帶有的鹼性位而能吸附CO2氣體，且最佳能達到1.592 mmol•g-1的吸附量；另外也將ZIF-67/silica及Cu3(BTC)2/silica同時吸附甲基橙(帶負電)和亞甲基藍(帶正電)染料溶液，兩種MOF/silica材料吸附染料的效果都十分顯著，另外也發現由於孔洞材料結構所帶電荷不相同，因此對於帶有正負電荷之染料溶液具有不同的吸附行為。
    第二部分 SBA-16混和PMMA球的合成及液晶智慧玻璃窗之應用
    在本研究中，利用三種界面活性劑(C8TMAB-F127-SDS)來合成具有整齊排列孔洞性質的SBA-16，為了要確保SBA-16晶體結構的穩定度，會利用水熱反應來改善此結果。但由於SBA-16晶體的孔體積密度過大，在後續混入5CB液晶分子後會有沉澱分離的現象，使之沒有良好的應用性。因此選擇混入PMMA球於合成組成中，提高孔隙度，藉此能合成出具有表面積900 m2g-1左右、整齊排列孔洞之空心結構，使液晶分子能夠完整的混和均勻。隨後再進行表面修飾，使得材料表面的疏水官能基能夠與液晶分子達到均勻分散效果，藉此去改變液晶的排列方向，並組裝成可利用電場控制液晶顯示器明暗度變化之顯示器。而當不完整的空心結構比例較多時，會使得移除電壓控制後，液晶顯示器直接變回霧態且容易亮度不均或是亮度不足的問題。

    The research is composed of two parts. First, the Co-silicate and Cu-silicate use as template and the mixed with 2-methylimidazole and 1,3,5-benzenetricarboxylic, respectively. The SEM images showed that the ZIF-67/silica and Cu3(BTC)2/silica crystal size is ranging from 50 nm to 200 nm. In addition, the prepared ZIF-67/silica and Cu3(BTC)2/silica both have high surface area (the BET surface area around 800 m2g-1), and high thermal stability (decomposition temperature around 400 ℃ under N2 and air). These two types of MOF/silica have the selectivity to adsorb cationic and anionic dye molecules.
    Second, a ternary-surfactant system (C8TMAB-F127-SDS) is used as an organic template to synthesize SBA-16 mesoporous silica crystals through TEOS silica self-assembly in acidic solution. To produce more hollow structure in the SBA-16 solid materials, the PMMA organic beads is added to the reaction solution. The SBA-16 solid crystals and SBA-16 with hollow structure are separately mixed with 5CB liquid crystals to study the electro-optical behavior of liquid crystals. The SBA-16 with hollow structure can blend with 5CB liquid crystals evenly, and the result also shows that it has well transparency range than the SBA-16 crystals.

    目錄 第一章 緒論 1 1.1 中孔洞材料 1 1.1.1 中孔洞材料介紹 1 1.1.2 中孔洞材料主要研究範疇 2 1.2 有機金屬架構的介紹18 4 1.2.1 沸石咪唑酯結構介紹 4 1.2.2 Cu3(BTC)2 (HKUST-1) 結構介紹 5 1.3 界面活性劑 6 1.3.1 界面活性劑基本性質 6 1.3.2 界面活性劑分類 7 1.3.3 微胞的形成 7 1.3.4 塊狀高分子的微胞 9 1.4 氧化矽源介紹 10 1.4.1 矽酸鹽 10 1.4.2 TEOS 12 1.5 表面修飾有機官能基 14 1.6 液晶介紹 15 1.6.1 液晶光電性質 15 1.6.2 液晶顯示器的介紹 17 1.6.3 智慧型玻璃窗(smart window)的介紹 18 第二章 實驗部份及儀器設備介紹 19 2.1 實驗藥品 19 2.2 有機金屬架構與矽酸鹽之複合材料的合成與應用步驟 20 2.2.1 Cu3(BTC)2 - silica複合材料合成步驟 20 2.2.2 ZIF-67 - silica複合材料 20 2.3 SBA-16中孔洞氧化矽晶體的合成與應用步驟 21 2.3.1 SBA-16中孔洞氧化矽晶體的合成 21 2.3.2 SBA-16中孔洞氧化矽材料與PMMA球結合 22 2.3.3 材料疏水性修飾 24 2.3.4 智慧玻璃窗製作 24 2.4 儀器鑑定分析 25 2.4.1 掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscopy, SEM) 25 2.4.2 穿透式電子顯微鏡(Transimission Electron Microscopy, TEM) 25 2.4.3 熱重分析儀(Thermogravimetry Analysis, TGA) 26 2.4.4 氮氣等溫吸附/脫附測量儀(N2 adsorption-desorption isotherm) 26 2.4.5 X-射線粉末繞射光譜(Powder X-Ray Diffraction，XRD) 31 2.4.6 紫外光-可見光光譜儀(UV-visible Spectroscope) 32 2.4.7 化學吸附分析儀 33 第三章 ZIF-67 / silica及Cu3(BTC)2 / silica複合材料之研究 34 3.1 研究動機與目的 34 3.2 Cu3(BTC)2/silica複合材料 34 3.2.1 前驅物水洗pH值之影響 34 3.2.2 Cu3(BTC)2/silica複合型材料染料吸附效果 35 3.2.3 以Cu-silicate為前驅物的合成優勢 37 3.3 ZIF-67/silica複合材料 38 3.3.1 反應pH值之影響 38 3.3.2 不同鈷源以及不同矽源對材料的影響 41 3.3.3 反應時間之影響 43 3.3.4 CO2吸附效果 44 3.3.5 ZIF-67/silica染料吸附效果 45 3.3.6 ZIF-67合成比較 47 第四章 SBA-16中孔洞氧化矽晶體材料與液晶分子之研究 48 4.1 研究動機與目的 48 4.2 合成SBA-16中孔洞氧化矽晶體材料與液晶的應用 49 4.2.1 水熱時間對材料合成的影響 49 4.2.2不同氧化矽源的影響 51 4.3 合成具有SBA-16特性之空心球與液晶的應用 53 4.3.1 不同氧化矽源的影響 54 4.3.2不同比例PMMA球的影響 56 第五章 總結 60 第一部分、合成Cu3(BTC)2/silica複合材料以及ZIF-67/silica複合材料並探討其吸附的應用 60 第二部分、合成SBA-16晶體以及混合PMMA球製成空心材料，製作成智慧玻璃窗的應用 61 參考文獻 62

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    下載圖示 校內：2023-06-29公開
    校外：2023-06-29公開
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