奈米溶膠的特性、合成及應用 報告人：忠信科技 陳忠詰 報告日期：96年12月11日

報告大綱 壹：溶膠介紹。 貳：奈米溶膠的特性。 參：奈米溶膠成膜後作用。 肆：奈米溶膠在3C產業的應用。 伍：奈米溶膠應用上的優勢。 陸：如何作好溶膠鍍膜。

壹：溶膠介紹 一：膠體： 親水性固體粒子吸水而成，具半流 動性及半透光性。 二：溶膠： （一）固體粒子粒徑小於可見光。 （二）流動性及透光性良好。 （三）粒子安定性高。

（三）第三代： 鍍膜均勻性佳、物性充分表現、良率高、 三：溶膠演進： （一）第一代： 原料直接塗佈成薄膜後再作反應。 問題：（1）膜層成份複雜。 （2）存在氣泡、孔洞。 （3）厚度均勻性差。 （4）污染嚴重、工安問題。 （二）第二代： 原料先作成溶膠（但無法純化）後鍍膜。 問題同上，但厚度均勻性較佳。 （三）第三代： 原料先作成半成品，經純化後再作成溶膠。 鍍膜均勻性佳、物性充分表現、良率高、 無污染及工安問題。

第二代奈米溶膠（ TiO2 為例） （※ TiO2 有A、B、R及非晶態同時存在） （反應為水解、縮合兩步驟，藉操作條件在同一槽進行。） Ti（OR）4＋H2O＝ Ti（OR）3（OH）＋HOR Ti（OR）3 （OH）＋ H2O＝ Ti（OR）2（OH） 2 ＋ HOR Ti（OR）2（OH） 2 ＋ H2O＝ Ti（OR）（OH） 3 ＋ HOR Ti（OR）（OH） 3＋ H2O＝ Ti（OH） 4 ＋HOR Ti（OH） 4＋ Ti（OH） 4→2 TiO2＋4H2O 2 TiO2 ＋ Ti（OH） 4→3 TiO2＋2H2O 3 TiO2＋Ti（OH） 4→4 TiO2（※）＋2H2O 4 TiO2 → → → → → → → → TiO2 （n） （※ TiO2 有A、B、R及非晶態同時存在） （反應為水解、縮合兩步驟，藉操作條件在同一槽進行。）

第二代奈米溶膠藥液的問題 一：溶液成份複雜：至少10種成份。 二：溶液中成份，相對量會不斷變動。 三：結晶形態複雜（4種）而無法控制。 四：粒徑會不斷變大。 五：溶劑的揮發太快，固含量變異性大。

第三代奈米溶膠（ TiO2 為例）： TiCl4＋H2O→ TiCl4‧ H2O TiCl4 ‧ H2O ＋NH4OH →Ti（OH）4＋NH4Cl Ti（OH）4＋NH4Cl ＋H2O→→→ Ti（OH）4 Ti（OH）4 ＋H2O2→ Ti（OH）4 ‧ H2O2 Ti（OH）4 ‧ H2O2→TiO2＋ H2O＋ O2 （反應包括預處理、中和、純化、結膠、熟化五步驟） （各反應在分別獨立的反應槽進行）

第二代溶膠與第三代溶膠之比較 比較項目 第二代溶膠 第三代溶膠 主成份種類 10（膠合劑∕分散劑） 1 主成份變異性 高（反應持續） 不變 固含量變異性 高（溶劑揮發） 很低 TiO2含量變異 變動 TiO2結晶型態 A、B、R及非晶態 anatase TiO2粒徑 持續變大 不變（水合強）

第二代溶膠與第三代溶膠鍍膜之比較 比較項目 第二代溶膠 第三代溶膠 膜厚再現性 不佳 良好 膜層安定性 容易脫膜 安定性高 光譜再現性 光譜安定性 燒結溫度 較高 較低

貳：奈米溶膠的特性 一：奈米粒子特性： （一）粒徑小到不會阻擋或干擾可見光（A） （二）表面分子比率急遽增加（B）。 （三）分子內作用力下降（C）。 （作用力由分子軌域或金屬鍵走向量子化） （四）異類分子間作用力急遽增加（D）。 （五）結晶缺陷很少（E）。 （六）布朗運動（F）。

二：奈米溶膠特性： （一）透光。 （二）長期安定性高：不需加懸浮劑。 （三）高吸附性：不需加Binder。 （四）高成膜性：可用不同條件或較和緩 的條件成膜。 （五）成膜後結晶缺陷少，物性表現明顯

TiO2不同粒徑，不同溫度，成膜所需時間（單位：分） （nm） 溫度（℃） 1300 900 700 500 150 ＞1,000 3 × 100 1 50 ○ 30 20 2 5 10 60 ＜1 15

三：奈米粒子溶膠成膜後的特性 項次 特 性 表 現 1 硬度 提高 2 折射率 高 3 耐化性 良好 4 光譜安定性 5 Sensor敏感性 特 性 表 現 1 硬度 提高 2 折射率 高 3 耐化性 良好 4 光譜安定性 5 Sensor敏感性 6 磁性 變強 7 介電常數 先升後降 8 金屬導電性 變差（成絕緣體） 9 非金屬電阻值 下降（成半導體）

參：奈米溶膠成膜後作用 一：填孔作用（細顆粒）： （一）表面光滑。 （二）易潔。 （三）增亮（光澤）。 二：阻絕作用（阻絕層）： （一）防靜電。 （二）提高耐候性（耐久性）。 （三）防蝕。 三：光學作用： （一）抗反射。 （二）抗炫光。 （三）抗紫外線。 四：電學作用： （一）降低導電膜電阻。 （二）形成導電膜。 （三）電致變色膜。

奈米溶膠成膜增亮（光澤）

為何需要“抗反射” ？ LCD的背光光源強度低：避免外部光 線的投影： 一：電視、電腦螢幕。 二：手機螢幕。 三：儀表。 四：光學系統。 五：醫療器材（內視鏡）。

空氣 反射 一次干射 二次干射 SiO2 TiO2 玻璃

Blank glass AR treated glass

塑膠材料抗反射處理測試結果 測試項目 PC PMMA 透射率（％） 處理前 87.8 92.8 處理後 92.6 95.7 反射率（％） 6.5 9.7 0.3 0.4

傳統抗炫光

奈米溶膠抗炫光

不同導電度的導電玻璃，經不同種類Sol-gel處理，其性質差異如下： 溶膠 電 阻 值 （Ω） 透 光 度 （％） 處理前 處理後 改善率（％） 平均 改善 改善率 TiO2 1,000 740 26 34 78 82 4 4.3 600 370 38 75 79 0.71 0.43 39 67 72 5 ZnO 1250 650 48 45 3 3.3 640 390 0.72 0.37 70 SnO2 500 60 58 83 4.7 850 375 56 77 0.30 71

肆：奈米溶膠在3C產業的應用 ※機械性能不適用！※ ＃真空蒸鍍或濺鍍能作的，皆適用＃ 一：光學元件：抗反射（AR）（室內）：螢幕； 抗炫光（AG）（室外） ：螢幕； 低反射（LR） ：螢幕。 二：外觀件：增亮：外殼（手機、NB ）。 易潔：螢幕（手機、NB ）。 三：功能維護：保持熱傳效率：熱交換管。 防蝕：熱交換管。 避免積垢：風扇。 減少洩漏：冷凝管、光纖。 四：後續： （一）高反射、透光、偏光膜。 （二）降低導電膜電阻、形成導電膜、電致變色膜 ※機械性能不適用！※ ＃真空蒸鍍或濺鍍能作的，皆適用＃

伍：奈米溶膠應用上的優勢 （奈米溶膠 V﹒S﹒傳統作法） 一：加工的比較。 二：品質及適用性的比較。

一：加工的比較

二：品質及適用性的比較 奈米溶膠 真空蒸鍍 貼膜 材 料 玻璃   塑膠 性 能 耐磨性 耐久性 透光性

陸：如何作好溶膠鍍膜。 一：選對溶膠。 二：需配合正確的前處理、後處理。 三：需整套的設備及環境設計。 四：品質目標需先確認： （一）功能要求：注意有些無法同時成立 （二）檢測方法：避免不合理、不必要的 要求。 （三）合格標準。

前處理的作用及目的： （一）清潔：去除表面油污及異物； （二）作sub-micron的表面微蝕： 提高比表面積及填孔作用。 （三）調整表面電性： 使和後續塗佈的奈米粒子相容。