溶膠介紹

忠信科技陳忠詰

報告大綱• 壹：溶膠定義。• 貳：溶膠演進。• 參：第二代溶膠與第三代溶膠之比較。• 肆：良好溶膠的指標。

壹：溶膠定義一：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。

貳：溶膠演進（一）第一代： 原料直接塗佈成原料薄膜後再作反應轉成成品。 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：以有機金屬為原料： 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：以無機化合物為原料： 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） 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）（反應為在反應槽中加入原物料及酸，直接進行結膠。）

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。

第二代奈米溶膠藥液改善 類別 溶劑 結膠劑 熟化 溶 膠 表 現

2-1 IPA

醋酸 × 0 ～ 7 天鍍膜條件天天變

7 ～ 14 天良率 20 ～ 30 ％14 天換槽

2-2 IPA

醋酸 硝酸

× 0 ～ 5 天鍍膜條件天天變5 ～ 14 天良率 30 ～ 50 ％14 天換槽

2-3 酒精 醋酸 硝酸

× 0 ～ 5 天鍍膜條件天天變5 ～ 21 天良率 50 ～ 70 ％21 天換槽

2-4 酒精 醋酸 硝酸

50℃ 3 天

0 ～ 3 天鍍膜條件天天變3 ～ 28 天良率 70 ～ 80 ％28 天換槽

有機反應與無機反應的特性比較 比較項目 有機反應 無機反應 反應速度 慢（≧ 5 小

時） 很快（≦ 10 分鐘）

反應率 低（～ 80％）

很高（≧ 99.9％）

生成物類別 數種 單一純化困難度 很高 很低

第三代奈米溶膠（ TiO2 為例）：

TiCl4 ＋ H2O→ TiCl4 H2O ‧ （預處理步驟）TiCl4 ‧ H2O ＋ NH4OH →Ti （ OH ） 4 ＋ NH4Cl （中和反

應）Ti （ OH ） 4 ＋ NH4Cl ＋ H2O→→ Ti （ OH ） 4 （純化

步驟）Ti （ OH ） 4 ＋ H2O2→ Ti （ OH ） 4 H‧ 2O2 （結膠反

應）Ti （ OH ） 4 H‧ 2O2→TiO2 ＋ H2O ＋ O2 （熟化反

應）（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）

第三代奈米溶膠特性• 一：流程複雜而特殊。• 二：反應條件要求很嚴格。• 三：形成的溶膠成份很單純而安定。• 四：溶膠粒子結晶良好而安定。• 五：溶膠粒子的粒徑極為安定。• 六：溶膠的固含量變異性很小。• 七：溶膠可長期安定存在。

參：第二代溶膠與第三代溶膠之比較（一）溶膠生產方式的比較

項 目 第二代 （反應型）

第三代 （結晶型）

原物料 Ti （ OR ） 4 TiCl4

價格（元∕升）

1000 ～ 4000 2500

操作步驟 1 5

操作時間 1 小時 64 小時 操作流程 簡單 複雜而特殊 操作困難度 低 很高

（二）溶膠本身特性之比較 比較項目 第二代

（反應型） 第三代 （結晶型）

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 很低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） 溶膠售命 2 ～ 4 週 一年（以上）

（三） 鍍膜操作的比較 比較項目 第二代

（反應型） 第三代 （結晶型）

浸泡次數 可一次完成 1 ～ 4 次 藥液溫度 愈低愈好 30 ～ 40℃ 環境溫度 愈低愈好 30 ～ 35℃ 濕度 愈低愈好 愈低愈好拉昇速度對膜厚 愈快愈厚 愈快愈厚 自動控制 不能 可自動控制 分析頻率 高（ 2 ～ 4Hr∕ 次） 低（ 3 ～ 6 天∕

次） 操作條件調整 隨藥液老化調整 不需要 換槽要求 2 ～ 4 週 半年～一年 污染防治要求 高 一般

（四）溶膠鍍膜膜層特性之比較

比較項目 第二代 （反應型）

第三代 （結晶型）

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 不佳 良好

光譜安定性 不佳 良好

燒結溫度 較高 較低

肆：良好溶膠的指標• 一：粒徑≦ 20nm ：透光度高。• 二：布朗運動作用明顯：不需加懸浮劑。• 三：結晶良好而安定：長期安定性高。• 四：表面吸附力強：不需加 Binder 即可附著。• 五：易宜成膜：可在較低溫熔解或燒結。

項次 特 性 表現 作用來源 1 透光性 高 A

2 沉降性 不沉降 F

3 安定性 高 E

4 吸附性 高 B

5 成膜性 高 D

6 光譜移動（金屬） 藍光偏移 C

7 光譜移動（氧化物） 紅光偏移 D

8 粒徑安定性 高 D∕E