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研究生: 李芸
Yun - Lee
論文名稱: 化學還原法及微乳液法製備零價奈米鐵顆粒、微胞鐵及奈米鐵球
Syntheses of Metallic Fe Nanoparticles, Micelles and Nano-Spheres by Chemical Reduction and Micro-emulsion Techniques
指導教授: 郭東昊
Dong-Hau Kuo
口試委員: 今榮東洋子
Toyoko Imae
氏原真樹
Masaki Ujihara
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 材料科學與工程系
Department of Materials Science and Engineering
論文出版年: 2013
畢業學年度: 101
語文別: 中文
論文頁數: 157
中文關鍵詞: 奈米零價鐵顆粒化學還原法微乳液法微胞鐵奈米鐵球
外文關鍵詞: metallic Fe nanoparticle, chemical reduction method, micro-emulsion technique, iron micelle, nano iron sphere
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本研究係利用化學還原法製備奈米零價鐵顆粒及微乳液法製備微胞鐵及奈米鐵球,並開發其在生醫材料上之應用。
  奈米零價鐵顆粒是本實驗室以化學還原法合成,利用硼氫化納(Sodium borohydride , NaBH4)作還原劑將鐵離子還原成奈米級零價鐵。並使用四種不同方法(Fe0、FP、FS、AFS)來比較奈米鐵顆粒之粒徑大小,其粒徑大小在TEM觀察下均小於40 nm,且由SQUID分析可知,四者皆為鐵磁性材料;研究顯示,FP與AFS顆粒,其粒徑較小且粒徑分佈較窄,而FS顆粒,雖粒徑分佈較大,但因其有SiO2保護層,故可以長期暴露在空氣中也不氧化。
  微胞鐵及奈米鐵球皆以微乳液法合成,微胞鐵是先利用化學共沉澱法之原理,製得到疏水性之奈米鐵顆粒,其粒徑大小約1~3 nm,但應用在生醫材料需為親水性材料,故再以TEOS再油水界面進行水解縮合,進行相轉移,以得到親水性之微胞鐵。研究結果發現,AFPTS雖然可得到完整的微胞鐵球型,但因含許多界面活性劑難以清洗,故只能以磁流體型態存在,其粒徑約100~150 nm;而奈米鐵球又可分為FSGN及AFSGN兩系統,利用油包水之原理,在乳液中進行GPTS與1,6-己二胺的鍵結反應,其兩系統之差別在於起始的奈米鐵顆粒之粒徑大小不同,研究發現,粒徑較小的奈米鐵顆粒所製得的奈米鐵球(AFSGN sphere)包覆奈米鐵顆粒較為完整,且球內的奈米鐵顆粒分散較均勻。


In this research, we use a chemical reduction preparation method to synthesize metallic Fe nanoparticles and synthesize an iron micelle and a nano iron sphere by a micro-emulsion technique which can apply to biomedical materials.
We synthesize four kinds of metallic Fe nanoparticles which is Fe0, FP, FS, AFS by the chemical reduction method. Metallic Fe nanoparticles can be synthesized by using sodium borohydride as a reducing agent with the chemical reduction method, and also using four kinds agents to improve the particle size and degree of aggregation. The prepared particle size were less than 40 nm, and were ferromagnetism materials as examined TEM and SQUID.
Studies have shown that the FP and AFS nanoparticles had narrow particle size distribution and theis particle sizes were small, while the FS nanoparticles had wide particle size distribution, and they were coated by a SiO2 layer to avoid the oxidation in air.
An iron micelle and a nano iron sphere were both synthesized by the micro-emulsion technique. Using of the redox reactions to obtain a hydrophobic nano iron particles, which particle size is about 3±1 nm. For the biomedical application of materials, since the hydrophilic it is very important, we retreat it with hydrolysis and condensation by TEOS in the emulsion.
According to the research result, AFPTS obtained was the complete iron micelle, but surfactants on the surface of micelle were difficult to remove, and so we just get the magnetic fluid with the particle size 100±10 nm. While the nano iron ball can be divided into two systems of AFSGN and FSGN, the difference between the two systems is the starting size of metallic Fe nanoparticles. In the study, metallic Fe nanoparticles with smaller particle size is more complete and uniform to get sphere.

第一章 緒論 1 1-1 前言 1 1-2 奈米材料 2 1-2-1 金屬奈米材料 4 1-2-2 磁性奈米粒子 5 1-2-3 有機-無機混成奈米材料之特性 6 1-2-4 奈米技術 6 1-3 奈米材料的物理效應 8 1-4 奈米粒子的製備 10 1-5 奈米粒子在醫學上之應用 11 第二章 基礎理論與文獻回顧 12 2-1 磁性奈米粒子的簡介 12 2-1-1 磁矩(Magnetic Moment) 13 2-1-2 磁性奈米粒子的磁滯現象 17 2-2 奈米鐵粒子的合成方法 19 2-2-1 化學共沉澱法 19 2-2-2 熱裂解法 38 2-2-3 微乳液法 48 2-3 二氧化矽之溶膠-凝膠(Sol-Gel)反應 58 2-4 磁性奈米粒子在醫學上之應用 68 2-4-1 磁性奈米粒子在醫學上的條件限制 68 2-4-2 磁性奈米粒子在醫學方面之應用 69 第三章 實驗方法 70 3-1 研究動機與目的 70 3-2 實驗藥品與設備 71 3-2-1 實驗藥品 71 3-2-1實驗設備 73 3-3 實驗流程 74 3-3-1 化學還原法製備奈米鐵顆粒 75 3-3-2 利用阻隔劑、保護劑、離子吸附合成奈米鐵顆粒 77 3-3-3 微乳液法製備奈米級的微胞鐵 84 3-3-4 微乳液法製備奈米鐵球 89 3-4 儀器分析 96 3-4-1 組成分析 96 3-4-2 微結構分析 97 3-4-3 熱重分析 98 3-4-4磁性分析 98 第四章 結果與討論 99 4-1 以化學還原法製備奈米鐵顆粒 99 4-1-1奈米鐵顆粒(Fe0、FP、FS、AFS)基本結構分析 99 4-1-2不同比例的阻隔劑(PEG 400)之影響 111 4-1-3保護劑(TEOS)在不同鐵離子濃度下之影響 114 4-1-4不同比例的陰離子界面活性劑(AOT)對粒徑之影響 116 4-2 以微乳液法製備奈米級的微胞鐵 119 4-2-1微胞鐵之TEM微結構分析 119 4-2-2 AFPTS磁流體之光學相片 124 4-3 以微乳液法製備奈米鐵球 124 4-3-1 FSGN奈米鐵球基本結構分析 125 4-3-2 AFSGN奈米鐵球基本結構分析 130 第五章 結論 134 參考文獻 137

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