學位論文
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Item 奈米碳材/陶瓷顆粒複合散熱材料應用於電子元件的開發與研究(2024) 鄭嘉; Cheng, Chia隨著AI伺服器、5G通訊和高功率晶片的發展，其運作時所產生的廢熱越來越多，散熱方面的熱管理(Thermal management)問題已成為重要的議題。電子元件是透過熱傳導、熱對流和熱輻射三種方式進行散熱，在元件追求輕薄短小的趨勢下，無風扇的散熱系統已經逐漸受到重視，在沒有風扇的主動散熱狀況下，依靠熱傳導的熱界面材料和熱輻射的散熱塗料就變得非常重要。本研究主要是以CO2超臨界剝離法製備石墨烯薄片(Graphene flakes, GNFs)，並利用大氣電漿改質技術對奈米碳材(GNFs、多壁奈米碳管(MWCNTs))和球型氮化鋁(AlN)、氧化鋁(Al2O3)顆粒等填充物進行改質，在填料表面嫁接上官能基，使填料與膠體基質之間結合的更緊密，進行熱界面材料(Thermal interface material, TIM)以及散熱塗料(Heat dissipation coating)的開發。 熱界面材料的研究是利用大氣電漿改質後的奈米碳材和球型AlN顆粒，混摻至市售導熱膏(Base-TIM)製備出複合奈米碳材熱界面材料(HA-TIM)以提升導熱性能。此HA-TIM以不同比例之AlN、GNFs以及MWCNTs作為填充物，期望以複合材料的方式在導熱膠材內部建立協同效應，進而使所製備的HA-TIM能有更好的熱傳導效果。最後，將熱界面材料應用於散熱設備上，以模擬CPU運作時的散熱狀況。實驗結果顯示以1 wt% GNFs以及1 wt% MWCNTs添加於Base-TIM中所製備出的HA-TIM具最佳的散熱性能。在50 W、100 W和150 W的加熱功率下，HA-TIM的降溫溫度比Base-TIM的降溫溫度分別更低了1.1 ℃、3.2 ℃和6.3 ℃，證實奈米碳材與球型AlN陶瓷顆粒的添加能夠提升降溫效果，使HA-TIM能夠實際應用於電子產品的散熱系統中。 奈米碳材散熱塗料的研究是以水性環氧樹脂作為高分子基質，製備出兼具低揮發性、環保且具高散熱性能需求的散熱塗料。此塗料是利用奈米碳材和Al2O3顆粒作為填充物，亦添加0.05 wt%磺基琥珀酸1,4-二己酯鈉鹽(SDSS)與1 wt%四丁基氯化銨(PDDA)兩種混合的界面活性劑作為石墨烯懸浮液的分散劑，以提升奈米碳材在水性環氧樹脂中的分散性，期望充份分散的填充物能發揮協同效應而產生優越的散熱性能。實驗結果顯示以30 wt% Al2O3、2 wt% GNFs以及2 wt% MWCNTs添加於水性環氧樹脂中所製備出的散熱塗料，其熱輻射係數可達到0.96。在10 W的加熱功率下，無添加界面活性劑的奈米碳材散熱塗料可使銅基板降溫11.9 ℃，而有界面活性劑的奈米碳材散熱塗料則可降溫17.8 ℃，證實添加界面活性劑的塗料，可提升5.9 ℃的散熱效果。實際應用於15 W LED的散熱測試，則可以達到21.3 ℃的散熱表現。證實本研究開發之奈米碳材散熱塗料，能有效地應用於電子元件的散熱領域。Item PDMS微反應器應用於金奈米微粒合成之研製(2006) 施建富; Shih Jian-Fu奈米微粒(nanoparticles)之研製為目前奈米科技重要的一環，其中金奈米微粒由於大小、光學性質、表面化學性質及無毒等特性，故被廣泛應用於光電科技、生醫檢測方面的研究。也因此近年來相關金米微粒的研製皆朝向如何提高微粒粒徑的均勻度及大小的可控性發展。 與傳統巨觀反應器相較，PDMS微反應器具有生物相容性高、可控性佳、可批次化生產及易於觀測等優點，預期將能改善傳統合成法之粒徑分佈不均、控制不精確等問題，達成反應器控制精確及金奈米微粒可批次生產等目的。因此本研究特以微機電中之SIGA製程技術，研製PDMS微反應器(microreactor)，並由流體數值分析(computational fluidic dynamics, CFD)軟體的模擬結果得知，研究中所設計之微反應流道流率在150 ul/min~370 ul/min的範圍內有較佳的混合效果。 於矽模的蝕刻過程中，藉由添加界面活性劑(surfactant) Br+IPA於非等向性濕式蝕刻(anisotropic wet etching)蝕刻液之技術，改善使用單一添加劑時的缺點，使得蝕刻底切比率降低至0.563，蝕刻粗糙度達到23.48nm，成功蝕刻出所需之矽模。最後將完成之元件實際進行金奈米微粒的混製，在13~14 V的電壓驅動下，白金微加熱器能提供約120 ℃之加熱溫度，達到反應所需之熱能，並且在注射幫浦注射流率為8 ul/min的條件下，成功混製出吸收波長約為545 nm之金奈米微粒。Item 多重技術整合之微機電式μDMFC開發與性能評估(2018) 傅品齊; Fu, Pin-Chi直接甲醇燃料電池(Direct methanol fuel cell, DMFC)具備能於低溫下工作、能量密度高、啟動速度快、燃料易取得、易攜帶、安全與穩定與低污染等優點，因此在未來有希望能取代鋰電池成為新一代的行動能源裝置。本研究以微機電系統(Micro-electromechanical system, MEMS)技術製作微型直接甲醇燃料電池(DMFC) ，並簡化元件結構與降低生產成本，以因應未來將其應用於行動電子產品之微小化需求。本研究主要以矽晶片作為燃料電池之基材，並整合「TMAH濕蝕刻技術」、「光輔助電化學蝕刻技術」、「PtRu二元金屬化鍍技術」以及「甲醇改質技術」，製作微流道搭配多孔矽(Porous silicon, PS)，以及微流道搭配穿孔矽(Through silicon via, TSV) 擴散層結構之燃料電池電極板，並將其應用於微型直接甲醇燃料電池的製作。 本研究成功將PtRu二元金屬均勻複合於石墨烯與奈米碳管表面(PtRu/G-CNT)，其Pt與Ru含量比分別為34.1 Wt.%與2.6 Wt.%，而在半電池表現，PtRu/G-CNT之氧化電流峰值為5 mA/cm2，是Pt/G-CNT以及PtRu/G的2.02倍與2.4倍。在電極組合部分，陽極與陰極分別使用多孔矽擴散層電極和穿孔矽擴散層電極的組合(PS+TSV)，能得到最佳的電池性能表現，其最大開路電壓為0.4 V，與PS+PS相比增加約1.5倍，而與TSV+TSV相比增加約6.7倍。在添加界面活性劑改質甲醇燃料的評估試驗中得知，界面活性劑MA適於作為甲醇之濕潤劑，並能從添加濃度控制對甲醇氧化能力與濕潤性之影響，同時也能增加二氧化碳氣泡脫離，避免覆蓋觸媒層造成毒化，進而提升燃料電池之性能表現。在添加界面活性劑MA量為0.1 %時，其最大功率密度為0.336 mW/cm2與最大開路電壓為0.48 V，相較於未添加界面活性劑MA分別提升了1.4倍與1.2倍，說明加入少量界面活性劑能促進甲醇藉由多孔矽擴散至觸媒層進行反應，但若加入過多界面活性劑將會影響甲醇氧化效率，因而造成電池性能的下降。