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研究生： 陳人豪
Jan_Hao Chen
論文名稱： 磁性奈米粒子製備及其於電子波遮蔽之應用
指導教授： 陳暉
huichen
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 化學工程與材料工程學系
Department of Chemical & Materials Engineering
畢業學年度： 94
語文別： 中文
論文頁數： 63
中文關鍵詞： 超導磁量子干涉儀( SQUID ) 、電磁遮蔽效率( SE ) 、聚氨基甲酸酯( PU 、磁性奈米粒子 、polyurethane ) 、導熱係數 、導電係數
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    • 摘 要
    本論文以化學共沉澱法製備各種磁性奈米粒子(Fe3O¬4、Mn0.5Zn0.5-Fe2O4、Mn0.5Ni0.5-Fe¬2O4、Ni0.25Cu0.25Zn0.5-Fe¬2O4、γ-Fe2O3、Sr-Fe2O4)，並選擇具有最高飽和磁化量的磁性奈米粒子與兩液型聚氨基甲酸酯( polyurethane , PU )掺混進行電磁遮蔽效率的量測。
    所製備而得之各種磁性奈米粒子以X-ray粉末繞射儀分析，其在2-theta 角度位置( 30.12、35.48、43.12、57.02、62.62 ) 有特性波峰存在，其各晶格向量( 2,2,0、3,1,1、4,0,0、4,2,2、5,1,1、4,4,0)，可知各磁性奈米粒子皆具尖晶石系礦石結構。
    各磁性奈米粒子經超導量子干涉磁量儀( SQUID )測量結果，顯示皆為超順磁性粒子，其中Fe3O¬4有最高飽和磁化量為56 emu/mg。將Fe3O4磁性奈米粒子分散於甲苯溶劑並與PU混合製成薄膜，當Fe3O4奈米粒子溶液之pH小於等電點( IEP = 6.3 )可使油酸( Oleic acid )有效吸附於Fe3O4表面並分散於甲苯溶劑裡。
    電磁波遮蔽效率( SE )測試結果顯示，當聚氨基甲酸酯( PU )塗層的Fe3O¬4含量為30 wt %時，隨著塗層厚度的增加，遮蔽效率值( dB )也隨著增加。當塗層厚度在超過2 mm時，遮蔽效率可達成19 dB，即遮蔽效率可達94.5 %可作為ㄧ般吸波材料的應用。
    另外薄膜的導熱係數隨著Fe3O4含量的增加呈現線性成長的趨勢，當Fe3O4含量達到20 wt %時，薄膜的導熱係數已經可達到半導體產品的需求1.566 W/mK ；薄膜的導電係數並不隨著Fe3O4含量的提昇有太大的變化，其導電係數值的級數在10-9間，為電的不良導體。由此可知，增加Fe3O4含量與PU摻混，不僅可以增強薄膜的散熱性質且保有良好絕緣性。

    目 錄 中文摘要 .....................................................................................................I 目 錄 ………………………………………………………………..III 表 目 錄 ………………………………………………………………...V 圖 目 錄 ……………………………………………………………….VII 第一章 前 言 1-1. 研究動機 ............................................................................................1 1-2. 研究目的 ……………………………………………………………2 第二章 文獻回顧與原理 ㄧ、磁性流體簡介 ………………………………………………………3 2-1-1. 奈米粒子 …………………………………………………………3 2-1-2. 磁性原理與分類 …………………………………………………3 2-1-3. 磁性流體發展史 …………………………………………………6 2-1-4. 磁性流體種類與特性 ……………………………………………7 2-1-5. 磁性流體製備方法 ……………………………………………...11 二、電磁遮蔽效應EMI原理 .................................................................14 2-2-1. 電磁波的來源 …………………………………………………..14 2-2-2. 電磁波能量場 …………………………………………………..16 2-2-3. 電磁波遮蔽原理 ………………………………………………..17 第三章 實驗步驟與實驗流程 3-1. 實驗藥品 ……………………………………………………….….20 3-2. 實驗儀器 …………………………………………………………..22 3-3. 實驗規劃 …………………………………………………………..23 3-3-1 磁性奈米合成步驟 ……………………………………………...23 3-4. 油酸包覆程序 ……………………………………………………..25 3-5. 電磁遮蔽( SE )之量測 ……………………………………….…...26 3-6. 導熱係數及導電係數測量 ..............................................................26 第四章 結果與討論 4-1. 磁性奈米粒子的製備與分析 ……………………………………..28 4-2. 各磁性奈米粒子飽和磁化量分析 ………………………………..36 4-3. Fe3O¬4 磁性奈米粒子分散探討 …………………………………...42 4-4. 電磁遮蔽效率( SE )量測分析 ..........................................................46 4-5. Fe3O4添加量對薄膜導熱係數及導電係數的影響 ……………….48 第五章 結 論 …………………………………………………………..50 參考文獻 ..................................................................................................51 圖 目 錄 圖2-1 磁性分類圖 ………………………………………………………5 圖2-2 磁性流體構造圖 …………………………………………………7 圖2-3 物理法及化學法製備奈米材料示意圖 ………………………..11 圖2-4 電磁波之組成 …………………………………………………..15 圖2-5 電磁適合性的分類 ……………………………………………..15 圖2-6 電磁波能量場 …………………………………………………...16 圖2-7 靜電場與靜磁場遮蔽 …………………………………………..18 圖2-8 電磁波的反射與吸收之遮蔽 …………………………………..19 圖3-1 實驗規劃流程圖 ………………………………………………..27 圖3-2 磁性奈米粒子製備與EMI測試之實驗步驟 …………………27 Fig. 4-1 X-ray diffraction patterns of Fe3O4 nanoparticles. …………….29 Fig. 4-2. X-ray diffraction patterns of Mn0.5¬Zn0.5Fe2O4 nanoparticles ….30 Fig. 4-3. X-ray diffraction patterns of Mn0.5Ni0.5Fe¬2O4 nanoparticles ….31 Fig. 4-4 X-ray diffraction patterns of Ni0.25Cu0.25Zn0.5Fe¬2O4 nanoparticles ………………………………………………………………………….32 Fig. 4-5. X-ray diffraction patterns of γ-Fe2O3 nanoparticles ………….33 Fig. 4-6. X-ray diffraction patterns of Sr-Fe2O4 nanoparticles …………34 Fig. 4-7 Field dependence of the magnetization for the various nano-magnetic particles at T=300K. ………………………………38 Fig 4-8. Iron(III) concentration dependence of the magnetization for Fe3O4 ………………………………………………………………41 Fig. 4-9. The process of oleic acid absorbed on Fe3O4 nanoparticles. ….44 Fig. 4-10. TEM image of the Fe3O4 nanoparticles dispersed in Toluene. ..................................................................................................................45 Fig. 4-11 Effect of electromagnetic shielding efficiency on the thickness of the film contained the 30 wt % Fe3O4 ¬nanoparticles. ………...…47 Fig. 4-12 Effect the thermal conductivity of the film on the content of Fe3O4 nanoparticles. ………………………………………..………49 表 目 錄 表2-1 磁性材料相對導磁係數 …………………………………………4 表2-2 磁性流體之溶劑 …………………………………………………9 表2-3為不同分散溶劑所相對應的界面活性劑 ...................................10 表2-4 不同dB值所代表之遮蔽效果 ………………………………...19 Table 4-1. Diameters of the various magnetic nanoparticlesby XRD-Scherrer………… ……………………..…………………….35 Table 4-2 Saturated magnetism of the nano-magnetic particles. ..............39 Table 4-3. Iron ion concentration dependence of tne saturated magnetism for the various nano-magnetic particles. .............................................40 Table 4-4. The appearance and disperse ability of Fe3O4 nanoparticles prepared by different pH in toluene. ……………………….…….…43 Table 4-5. Thermal conductivity of the various content of Fe3O4 nanoparticles in the film .....................................................................49

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