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以液態電漿氧化技術改善純鋁抗腐蝕與附著強度之研究

為了解決PTFE 電線的問題，作者Getinet Asrat Mengesha 這樣論述：

摘要鋁已廣泛用於工業和日常生活中。鋁最常見的用途是建造運輸工具（因更輕的重量使得移動交通工具只需更少的力，從而提高了燃油效率）、電纜應用（低密度使其成為長距離輸電線的最佳選擇）、消費品（智能手機、平板電腦、筆記型電腦和平板電視）以及建築材料（高鐵、地鐵，輪船和火箭的建造）。然而，由於鋁在腐蝕環境中有較差的耐腐蝕性能和較低的表面硬度，因而限制其應用範圍。因此已有許多方法來控制鋁的損壞速率，其中電漿電解氧化（PEO）是最有前途的方法。 PEO是一種電漿輔助陽極氧化製程，可以將鋁的表面轉化為陶瓷層，從而防止腐蝕性介質接觸基材。因此可以降低其腐蝕速率。此外，在PEO製程使用適當的電解質可以產生高度保

護性的鍍層。由於鋁具有可貴的性質，因此已有許多人投入PEO的研究，以提升其腐蝕保護力及表面硬化能力。本研究中有系統的研究純鋁的PEO技術及其產生的氧化層特性。透過漸進式的研究，有效地提高了純鋁的耐腐蝕性能和氧化層附著強度。在第一個研究中，固定電源頻率，使用兩種不同的鹼性電解質，並改變添加Si3N4奈米粒子的濃度（0、0.5和1.5 gL-1）和不同的電源佔空比（25％，50％和80％）。藉由在3.5 wt%的NaCl溶液中的動電位極化試驗研究PEO氧化層的抗腐蝕性能。由結果顯示，隨著Si3N4奈米顆粒的濃度和佔空比的增加，PEO生長的氧化層重量、厚度和表面粗糙度增加。使用Na2B4O7.10H

2O的電解質所生長的氧化物比其他添加Si3N4奈米顆粒生長的PEO氧化層具有優異的耐腐蝕性和低表面粗糙度。然而，在電解液中添加Si3N4奈米顆粒並不能改善PEO薄膜的腐蝕性能，這是因為無法形成緻密的微結構使然。在第二個研究，改變電解質添加硼砂（Na2B4O7.10H2O）的濃度(0、1.5、3、4.5和6 gL-1)，並固定佔空比、固定陽極和陰極電流的雙極脈衝模式電源來對純Al進行PEO處理。本研究使用動電位極化試驗和電化學阻抗分析來探討氧化層在3.5 wt% NaCl溶液的耐腐蝕性。我們發現，隨著硼砂濃度的增加，PEO生長氧化膜的表面平均孔徑和孔隙率降低。當電解液中含有高濃度硼砂時，可以形成

緻密結構的氧化膜。，使得PEO生成的氧化層耐蝕性增加。藉由使用含有6 gL-1硼砂的電解液來對純鋁做PEO處理可使其耐蝕性得到極大的提升，達23058倍，這是因為氧化層是緻密的γ-Al2O3相且具有較少的缺陷所致。在第三個研究中，使用不同的佔空比（25％，50％和80％）和固定頻率，在矽酸鈉基電解液添加不同濃度的Si3N4（0-2.5 gL-1）奈米顆粒。由結果顯示，PEO崩潰電壓隨著Si3N4奈米顆粒濃度的增加而降低，並且隨著佔空比的增加而降低。隨著添加Si3N4奈米顆粒濃度的增加，PEO生長的氧化層厚度，表面粗糙度和附著強度也隨之增加。若是使用固定Si3N4添加濃度（2.5 gL-1）的電

解液來做PEO處理，其生成氧化物的表面粗糙度，厚度和摩擦係數隨著佔空比的降低而降低。另一方面，當佔空比從80％降低到25％時，附著強度和耐磨性也有增加的趨勢。使用2.5 gL-1 Si3N4奈米顆粒電解液，佔空比為25％的PEO製程所生長的氧化層，具有最佳的附著強度，14.85 N及較低的摩擦係數。最後我們可以結論，於PEO電解質中添入硼砂和Si3N4奈米顆粒會影響純鋁生成氧化層的耐腐蝕性和附著強度。

導電高分子複合材料與電磁防護紡織品之製備技術及其特性評估

為了解決PTFE 電線的問題，作者林政彥 這樣論述：

本論文之研究主軸係將導電高分子複合材料應用於電磁防護複合材料及電磁防護紡織品。電磁波屏蔽複合材料之研究主要分為三部分，第一部分為以熔融混合法製備聚丙烯(polypropylene, PP)/多壁奈米碳管(multi-walled carbon nanotubes, MWCNT)複合材料。並研究不同長度之MWCNT對PP/MWCNT複合材料之力學性能、分散性、熔融與結晶行為、晶體結構、熱穩定性、導電性能及電磁波屏蔽效益(electromagnetic interference shielding effectiveness, EMI SE)之影響。研究結果顯示，短MWCNT使PP/MWCNT複

合材料有較佳之力學性能及分散性。加入不同長度之MWCNT後，皆限制PP球晶之生長而使其球晶尺寸減小。且MWCNT會作為PP的成核劑使得PP結晶溫度會提高，而短MWCNT使PP/MWCNT複合材料有較高之結晶度。以Avramis theory分析得知短MWCNT使PP/MWCNT複合材料有較快之結晶速度。X-Ray繞射(X-Ray diffraction, XRD)研究結果顯示，加入不同長度之MWCNT後，皆對PP之晶體結構無明顯影響。熱重量分析(thermogravimetric analysis, TGA)研究結果顯示，加入不同長度之MWCNT後，皆能有效提升PP之熱穩定性，而長MWCNT相

較於較短MWCNT使PP/MWCNT複合材料有較好之熱穩定性。當MWCNT含量為8 wt%時，加入長MWCNT使PP/MWCNT複合材料有較佳之電阻值及EMI SE，分別為65.02 ohm-cm及EMI SE平均為-29.47 dB。第二部分為以塑化聚乙烯醇(polyvinyl alcohol, PVA)為基材，MWCNT為補強材，並以溶液混合法製備PVA/MWCNT薄膜，並經疊層後以熱壓成型製備PVA/MWCNT複合材料。另外使用熔融混合法製備PVA/MWCNT複合材料作為對照比較。並評估PVA/MWCNT複合材料之拉伸性能、分散性、熔融與結晶行為、熱穩定性、導電性能及電磁波屏蔽效益。研究

結果顯示：當加入1.5 wt%之MWCNT後，PVA/MWCNT複合材料之拉伸強度為最高值。PVA/MWNCT複合材料之熔融與結晶行為及熱穩定性則有良好之結果。而加入2 wt%之MWCNT，PVA/MWCNT複合材料有最佳之電導率及EMI SE。第三部分為以溶液混合法及熔融混合法製備PVA/石墨烯奈米薄片(graphene nano-sheets, GNS)複合材料，並研究加入MWCNT對於PVA/GNS複合材料各項性能之影響。研究結果顯示：以溶液混合法之PVA/GNS複合材料，當加入0.25 wt%之GNS，PVA/GNS複合材料有最佳之拉伸強度。加入2 wt%之GNS後，提升PVA/GNS

複合材料之玻璃轉移溫度、熱穩定性、導電性及電磁波屏蔽效益。且加入MWCNT後，混合填料之協同效應提升PVA/GNS複合材料之拉伸性能、熱穩定性、導電性及電磁波屏蔽效益。最後，再將前述之三部分研究中，選用 PP/MWCNT複合材料作為面層，分別以PVA/MWCNT及PVA/GNS複合材料作為芯層，並以馬來酸酐接枝聚丙烯(maleic anhydride grafted polypropylene, PP-g-MA)作為增加面層及芯層之偶合劑，製備夾層結構複合材料。並評估不同組合夾層結構複合材料之拉伸性能及其電磁波屏蔽效益。研究結果顯示，加入PP-g-MA後，可增加夾層結構複合材料之界面相容性，進

而提升其拉伸性能。使用PP/MWCNT複合材料作為面層，以PVA/MWCNT作為芯層之夾層結構複合材料有最佳之電導率為5.8 S/cm, 其電磁波屏蔽效益於0 GHz-1 GHz、1 GHz-2 GHz及2 GHz-3 GHz 之頻段中分別可達-34.68、-36.70及-38.65 dB。本論文以簡單而有效之方式製備具良好力學性能、撓曲性及導電性能之夾層結構複合材料。功能性紡織品之研究主要分為二部分，第一部分為以熔融押出方式(如電線加工)製備PP/MWCNT披覆聚對苯二甲酸乙酯(polyethylene terephthalate, PET)紗線。並評估PP/MWCNT-PET披覆線之拉伸性

能、加工性、結構形貌、熔融與結晶行為、導電性及應用性。研究結果顯示，隨著捲取速度提升，使MWCNT得到取向及提升PP/MWCNT及PET yarn間之附著性而使PP/MWCNT-PET披覆線之拉伸性能隨之提升。而隨MWCNT含量增加至8 wt%時，使PP之結晶溫度提升18 oC。且電導率達0.8862 S/cm。本論文結果證實藉由此加工技術製備之PP/MWCNT-PET 披覆線之具良好之拉伸性能及導電性，可於應用於功能性梭織物及針織物。第二部分為以PP/MWCNT披覆PET紗線製備導電紡織品。並評估MWCNT含量對於導電紡織品之織物結構、拉伸性能、靜態頂破性能、導電性能及EMI SE之影響。研

究結果顯示，當MWCNT含量為2 wt%時，導電紡織品有最佳之拉伸強度及頂破強度。而導電梭織物及針織物之電阻值及EMI SE皆隨MWCNT含量增加而提升，導電紡織品亦呈現可織造性穩定。而將導電紡織品疊層3層後亦可增強EMI SE。本論文製備之導電紡織品具有永久性導電性、輕量化及可撓曲性等特色，且其電磁波屏蔽效益已達民生用品之防護等級。