本文第一部分中，將方鎂石MgO粉末壓錠後，於1400℃~1550℃短期等溫燒結，利用比表面積及孔洞分布測定儀測量，得到比表面積、BJH吸脫附曲線、孔洞大小及分布，佐以掃瞄式電子顯微鏡觀察試片表面微結構的變化，進而探討MgO粉末初期燒結時的粗化與聚簇情形。由實驗結果觀察發現，乾壓尚未經過燒結粉末粒徑大約在0.1μm，比表面積較大，伴有不規則管狀孔洞分佈。隨著熱處理時間增加，比表面積逐漸減小，而加高熱處理的溫度，也會加速比表面積的縮小。由粉末比表面積折損率達七成的時間(t0.7)對溫度的關係作圖，利用亞瑞尼士方程式，求得MgO粉末初期燒結所需活化能為181±3kJ/mol，並推算出MgO粉末進行早期燒結的溫度下限約為1302℃。
第二部分利用脈衝雷射(波長532nm-強度400mJ)，於水中剝熔蝕方鎂石MgO粉末，實驗參數設定為液面高度10mm，雷射時間為5分鐘以及20分鐘。實驗結果觀察到MgO於水中受到雷射衝擊碎化後，產生液晶層片(lamellae)水鎂石(Mg(OH)2)以及方鎂石組合而成之奈米凝聚物，推測於雷射剝蝕動態水溶液中，水鎂石與方鎂石為穩定相，液晶層片為介穩相。離開動態環境後於常溫靜置，發現奈米凝聚物脫去水分子時傾向以遵循特定晶相關係，也就是液晶層片平行Mg(OH)2(0001)及MgO(111)的層狀或捲管結構生長，更進一步脫水後，產生MgO優選取向的(200)晶面。

The specific surface area reduction and pore size distribution coupled with N2 adsorption-desorption hysteresis isotherm were studied in the temperature range of 1400-1550℃ for periclase MgO powder having 0.1μm in size and with face-centered cubic structure. The apparent activation energy of such a rapid coarsening-coalescence process for MgO powder was estimated as 181±3kJ/mol. The minimum temperature for sintering/coarsening/coalescence of submicron MgO particles was estimated to be near 1300℃ based on the extrapolation of steady specific surface area reduction rates to zero.
Pulsed laser ablation (PLA) of periclase MgO powders in water was conducted under Q-switch mode and specified water height and water depth (10 mm) for an accumulation time of 5 and 20 minutes at 10 Hz. Such a PLA process has successfully synthesized nanosized and protonated MgO particles from Mg(OH)2 and lamellar precusors, implying the three phases may co-exist at high pressure and temperature conditions upon dynamic shock loading. A significant internal compressive stress up to 10 GPa was built up for the MgO but not the readily relaxed Mg(OH)2 nanocondensates. The lamellae-derived Mg(OH)2 tended to undergo a dehydroxylation process to become MgO following a specific crystallographic relationship, i.e. lamellar basal layer parallel to Mg(OH)2(0001) and MgO(111). The minimum band gap of the colloidal solution of MgO/Mg(OH)2/lamellae was lowered to ca. 5.2eV after the PLA process.

目錄
第一部分 1
壹、前言 1
貳、實驗流程 3
1. 壓片 4
2. 熱處理 4
3. 測量BET/BJH 4
4. 測量XRD 4
5. 掃瞄式電子顯微鏡(SEM)觀察 4
6. 穿透式電子顯微鏡(TEM)觀察 5
肆、實驗結果 6
1. BET比表面積 6
2. BJH氮氣吸脫附曲線 6
3. 穿透式及掃瞄式電子顯微鏡觀察 6
4. XRD分析 7
伍、討論 8
1. 氧化鎂壓錠結構與吸附行為 8
2. 燒結機制 8
3. 次微米氧化鎂粉末早期粗化與聚合之溫度下限與活化能 9
4. 金屬氧化物粉末燒結與粗化聚合之活化能比較 9
陸、結論 11
柒、參考文獻 12
第二部分 27
壹、前言 27
貳、實驗流程 29
參、實驗步驟及方法 30
1. 配粉 30
2. 雷射剝蝕 30
3. 穿透式電子顯微鏡(TEM)觀察 30
4. 測量XRD 30
5. 測量UV-Vis吸收光譜 30
6. 測量拉曼(Raman)光譜 31
7. 測量霍式轉換紅外光譜(FT-IR) 31
8. 偏光顯微鏡(OM)觀察 31
肆、實驗結果 32
1. XRD分析 32
2. UV-Vis吸收光譜分析 32
3. 拉曼光譜分析 32
4. 霍式轉換紅外光譜(FT-IR)分析 33
5.穿透式電子顯微鏡(TEM)觀察 33
6. 偏光顯微鏡(OM)觀察 34
伍、討論 36
1. Mg-O-H系統之高溫高壓穩定相與介穩相 36
2. MgO/Mg(OH)2奈米凝聚物生長機制 36
3. MgO於水中雷射剝融蝕產生之內應力 37
4. 水中PLAL合成MgO奈米顆粒之形狀特徵 38
陸、結論 40
柒、參考文獻 41


圖表目錄
表 1、MgO熱處理1400℃、0-20分鐘比表面積及孔洞變化 13
表 2、MgO熱處理1450℃、0-15分鐘比表面積及孔洞變化 13
表 3、MgO熱處理1500℃、0-10分鐘比表面積及孔洞變化 14
表 4、MgO熱處理1550℃、0-10分鐘比表面積及孔洞變化 14
表 5、氧化鎂粉末以脈衝雷射轟擊條件為532nm-400mJ-5min-10mm精緻化(refined)之d-spacings(±0.001A)以及晶格常數(±0.001A)。 61
表 6、氧化鎂粉末以脈衝雷射轟擊條件為532nm-400mJ-5min-10mm精緻化(refined)之d-spacings(±0.001A)以及晶格常數(±0.001A)。 62
表 7、氧化鎂粉末以脈衝雷射轟擊條件為532nm-400mJ-5min-15mm精緻化(refined)之d-spacings(±0.001A)以及晶格常數(±0.001A)。 63

圖 1、MgO粉末於1400℃ (0~20min) 之BJH吸脫附曲線圖 15
圖 2、MgO粉末於1450℃ (0~15min) 之BJH吸脫附曲線圖 15
圖 3、MgO粉末於1500℃ (0~10min) 之BJH吸脫附曲線圖 16
圖 4、MgO粉末於1550℃ (0~10min) 之BJH吸脫附曲線圖 16
圖 5、MgO粉末在1400℃時之等溫比表面積折損率函數圖 17
圖 6、MgO粉末在1450℃時之等溫比表面積折損率函數圖 17
圖 7、MgO粉末在1500℃時之等溫比表面積折損率函數圖 18
圖 8、MgO粉末在1550℃時之等溫比表面積折損率函數圖 18
圖 9、MgO粉末比表面積變化速率與溫度關係圖 19
圖 10、MgO粉末比表面積七折(t0.7)之活化能 19
圖 11、經過乾壓但未經熱處理氧化鎂粉末壓錠之SEI 20
圖 12、熱處理1400℃、13分鐘氧化鎂粉末壓錠之SEI 20
圖 13、熱處理1400℃、20分鐘氧化鎂粉末壓錠之SEI 21
圖 14、熱處理1450℃、10分鐘氧化鎂粉末壓錠之SEI 21
圖 15、熱處理1450℃、15分鐘氧化鎂粉末壓錠之SEI 22
圖 16、熱處理1500℃、5分鐘氧化鎂粉末壓錠之SEI 22
圖 17、熱處理1500℃、10分鐘氧化鎂粉末壓錠之SEI 23
圖 18、熱處理1550℃、5分鐘氧化鎂粉末壓錠之SEI 23
圖 19、熱處理1550℃、10分鐘氧化鎂粉末壓錠之SEI 24
圖 20、未經熱處理的氧化鎂粉末(a)BFI (b)SAED 24
圖 21、未經熱處理的氧化鎂粉末壓錠以及在1550℃熱處理5分鐘之XRD圖。 25
圖 22、氧化鎂粉末經脈衝雷射轟擊條件為532nm-400mJ，雷射時間(a)0分鐘 (b)5分鐘 、液面高度10mm (c)20分鐘、液面高度10mm (d)5分鐘、液面高度15mm所得之XRD圖(CuKα)。 45
圖 23、氧化鎂初始粉末溶於水中所得之UV-Vis吸收光譜圖，顯示吸收峰長波段切線與背景基線之交點為209.46nm，相當於最低能隙值5.92eV。 45
圖 24、氧化鎂粉末經脈衝雷射轟擊條件為532nm-400mJ、雷射時間5分鐘、液面高度10mm所得之UV-Vis吸收光譜圖，顯示吸收峰長波段切線與背景基線之交點為238.89nm，相當於最低能隙值5.19eV。 46
圖 25、氧化鎂粉末經脈衝雷射轟擊條件為532nm-400mJ、雷射時間20分鐘、液面高度10mm所得之UV-Vis吸收光譜圖，顯示吸收峰長波段切線與背景基線之交點為237.33nm，相當於最低能隙值5.22eV。 46
圖 26、氧化鎂粉末經脈衝雷射轟擊條件為532nm-400mJ、雷射時間(a)0分鐘 (b)5分鐘、液面高度10mm (c)20分鐘、液面高度10mm所得之Raman光譜圖。 47
圖 27、氧化鎂粉末經脈衝雷射轟擊條件為532nm-400mJ、雷射時間(a)5分鐘、液面高度10mm (b)20分鐘、液面高度10mm所得之FT-IR光譜圖。 48
圖 28、氧化鎂粉末經脈衝雷射轟擊條件為532nm-400mJ-5min-10mm之(a)明視野圖(b)選區繞射圖(c)Intensity profile。 49
圖 29、氧化鎂粉末以脈衝雷射轟擊條件為532nm-400mJ-5min-10mm之(a)晶格影像，其中正方形區域經(b) (c)正反傅立葉轉換為NaCl-type結構。 50
圖 30、氧化鎂粉末經以衝雷射轟擊條件為532nm-400mJ-5min-10mm受電子束照射後之(a)晶格影像，其中正方形區域經(b) (c)正反傅立葉轉換後可觀察到發達的{111}晶面。 51
圖 31、圖30之部放大，箭號標示為脫層現象，以及MgO、Mg(OH)2和lamellae共存，伴隨差排出現。 52
圖 32氧化鎂粉末經脈衝雷射轟擊條件為532nm-400mJ-20min-10mm之(a)明視野圖(b)選區繞射圖(c)Intensity profile。 53
圖 33、氧化鎂粉末以脈衝雷射轟擊條件為532nm-400mJ-20min-10mm之(a)晶格影像，其中正方形區域I經(b) (c)正反傅立葉轉換得知為具有NaCl-type結構的方鎂石。 54
圖 34、圖33正方形區域Ⅱ之局部放大(a)晶格影像 (b)將(a)經正傅立葉轉換後，d=21nm，d’=0.24nm，d’=0.29nm (c)為(a)圖放大。 55
圖 35、圖33之局部放大，標示部分為液晶層片和正在脫水的水鎂石Mg(OH)2。 56
圖 36、MgO初始粉末之偏光顯微鏡觀察(a)未放入上偏光板(b)放入上偏光板(c)放入上偏光板以及波程差附屬板。 57
圖 37、MgO粉末經雷射轟擊條件為532nm-400mJ-5min-10mm之偏光顯微鏡觀察(a)未放入上偏光板(b)放入上偏光板(c)放入上偏光板以及波程差附屬板。 58
圖 38、MgO粉末經雷射轟擊條件為532nm-400mJ-20min-10mm之偏光顯微鏡觀察(a)未放入上偏光板(b)放入上偏光板(c)放入上偏光板以及波程差附屬板。 59
圖 39、MgO粉末經雷射轟擊條件為532nm-400mJ-5min-15mm之偏光顯微鏡觀察(a)未放入上偏光板(b)放入上偏光板(c)放入上偏光板以及波程差附屬板。 60

附錄 1、Types of physisorption and hyteresis loops. 26
附錄 2、JCPDS file-MgO 26
附錄 3、JCPDS file-Mg(OH)2 64
附錄 4、JCPDS file-MgO 64
附錄 5、Phase diagram of Mg(OH)2.(Liu and Bassett, 1986) 65
附錄 6、Models of lamellar nucleation and growth process during Mg(OH)2 dehydroxylation.(Sharma et al., 2004) 65
附錄 7、氧化鎂粉末經脈衝雷射轟擊條件為532nm-400mJ、雷射時間(a)0分鐘 (b)5分鐘、液面高度10mm (c)20分鐘、液面高度10mm所得之Raman光譜圖。 66
附錄 8、氧化鎂粉末經脈衝雷射轟擊條件為532nm-400mJ、雷射時間(a)0分鐘 (b)5分鐘、液面高度10mm (c)20分鐘、液面高度10mm所得之Raman光譜圖。 66
附錄 9、將氧化鎂粉末溶於水中並且於室溫(約27±3oC)靜置約72小時後測量所得之XRD圖(CuKα)。 67
附錄 10、雷射聚焦焦距與液面高度(即為聚焦高度)示意圖。 67

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