本論文研究以電化學方法利用界面活性劑當作穩定劑在水溶液中製備磁性奈米粒子，此方法的優點包括高產量、低成本和可以簡單的調整電流密度來控制粒子的大小。本論文探討電化學系統中各種對奈米粒子影響的變因，如電流密度、電極的距離、溫度和界面活性劑之濃度。

製備出的奈米粒子以UV/Vis 光譜儀做初步的判斷；再由TEM觀察奈米粒子的形態，並利用X-ray 繞射儀作組成及結構上的判定。最後以SQUID分析，研究奈米粒子大小對磁性性質的影響。

根據實驗結果，奈米粒子的大小隨著電流密度的增加而變小；光學特性方面，在264 nm 有一特性吸收峰；由X-ray 繞射儀和TEM判定所製備的奈米粒子為γ-Fe2O3。經由磁滯曲線的趨勢判斷，粒子在室溫下呈現順磁特性，具有超順磁現象；在低溫下微粒則呈現陶鐵磁性，其乃是由於熱擾動的減少，矯頑磁力亦隨之增加。

This thesis is to study on the preparation of iron nano-particles by electrochemical method in aqueous solution. The resultant particles are stabilized as a colloidal suspension by the use of cationic surfactants. The advantages include those high yield, low cost, and simple control of particle size by adjustment of the current density. It is revealed that current density, distance between electrodes, temperature, and surfactant concentration of aqueous solution play important roles on the preparation of nano-particles.

The morphology, structure, composition, and optical properties of nano-particles are studied by Ultraviolet-Visible spectrophotometer (UV/Vis spectrophotometer), transmission electron microscopy (TEM), and X-ray diffraction (XRD). The effect of particle size on the magnetic properties of nano-particles has been studied using superconducting quantum interference device (SQUID).

According to the experimental results, the greater imposed current density is applied, the smaller the particle size is obtained. The absorption spectra of the particles exhibit that the characteristic peak of surface plasmon band is at 264 nm. The maghemite (γ-Fe2O3) phase is clearly confirmed by X-ray diffraction and TEM analysis. From the hysteresis loop studies, particles are paramagnetic at room temperature and they exhibited super-paramagnetic phenomenon. They become ferromagnetic at low temperature. The increase of the coercive force is due to the reduction of thermal vibration.

摘 要....................................................Ⅰ
目 錄....................................................Ⅲ圖表目錄..................................................Ⅶ
第一章 緒論................................................1
1.1 奈米科技...............................................1
1.2 奈米粒子簡介...........................................2
1.3 奈米粒子之製備.........................................3
1.4 磁性奈米粒子之應用.....................................4
1.5 核-殼結構粒子..........................................5
1.6 研究目的...............................................6
第二章 理論基礎............................................7
2.1 奈米微粒基本理論.......................................7
2.1.1 久保理論(Kubo Theory)................................7
2.1.2 量子尺寸效應.........................................9
2.1.3 小尺寸效應..........................................10
2.1.4 表面效應............................................10
2.1.5 巨觀量子穿遂效應....................................11
2.1.6 金屬奈米粒子的表面電漿共振..........................11
2.2 奈米微粒的物理特性....................................15
2.2.1 光學性能.....................................15
2.2.2 奈米懸浮液的動力學性質..............................17
2.2.3 磁學性能－磁性奈米微粒大小對磁性質的影響.....18
2.3 奈米微粒的化學特性....................................21
2.3.1 分散特性.....................................21
2.3.2 聚集特性............................................22
2.3.3 自我組織化..........................................23
2.4 微胞理論..............................................23
2.4.1 界面活性劑..........................................23
2.4.2 陽離子性界面活性劑..................................25
2.4.3 臨界微包濃度........................................25
2.5 電化學系統............................................26
2.5.1 成長機制............................................27
2.5.2 電化學相成長熱力學..................................28
第三章 實驗...............................................31
3.1 藥品及實驗設備........................................31
3.2 實驗方法及步驟........................................32
3.2.1 電化學方法製備鐵奈米粒子............................32
3.2.2 製作核-殼層奈米複合粒子.............................33
3.3 分析儀器..............................................35
3.3.1 紫外光-可見光分光光度計.............................35
3.3.2 穿遂式電子顯微鏡....................................36
3.3.3 X 射線粉末繞射儀....................................36
3.3.4 超導量子干涉儀......................................37
第四章 結果與討論.........................................39
4.1 紫外光-可見光光譜儀（UV-Vis spectrophotometer）分析
...................................................39
4.2 穿透式電子顯微鏡（TEM）分析
4.2.1 電流的影響...................................39
4.2.2 電極間距的影響...............................41
4.2.3 合成溫度的影響...............................42
4.2.4 界面活性劑濃度的影響................................43
4.3 X-ray 繞射儀（XRD）分析..............................44
4.4 超導量干涉磁量儀(SQUID)分析...........................44
4.5 複合粒子（γ-Fe2O3@SiO2）結果分析.....................46
第五章 結論...............................................47
參考文獻..................................................49

圖表目錄
圖2-1 表面原子數佔全部原子數的比例與粒徑的關係圖..........55
圖2-2 Interband 和intraband 的躍遷模式示意圖..............56
圖2-3 金屬粒子在一電場下的運動行為(極化)示意圖............56
圖2-4 細微粒子的磁場：(a)單磁區(b)由Bloch 磁壁分隔兩個磁區
....................................................57
圖2-5 粒子大小對矯頑磁力的影響............................57
圖2-6 鐵奈米微粒矯頑磁力與顆粒粒徑和溫度的關係圖..........58
圖2-7 室溫下，比飽和磁化強度 S s 與平均粒徑d 的關係曲線圖
...................................................58
圖2-8 界面活性劑之構造及分類..............................59
圖2-9 界面活性劑之水溶液..................................59
圖2-10 水之表面張力.......................................60
圖2-11 第四級銨鹽結構.....................................60
圖2-12 界面活性劑CTAB 之結構式............................60
圖2-13 界面活性劑分子在水溶液中安定化之方向...............61
圖2-14 微胞構造圖.........................................61
圖2-15 表面張力-濃度曲線與界面活性劑之溶解狀態............62
圖2-16 電化學系統與各種影響的變因.........................62
圖2-17 圖解電極間反應.....................................63
圖2-18 奈米粒子團簇的自由能曲線...........................63
圖3-1 電化學方法製備鐵奈米粒子的實驗裝置..................64
圖3-2 電化學方法製備鐵奈米粒子流程圖......................65
圖3-3 製作核-殼層奈米複合粒子流程圖.......................66
圖4-1不同電流下 UV-Vis Spectrophotometer..................67
圖4.2 電流密度對奈米粒子粒徑大小的影響....................69
圖4.4 不同電極距離（1mm）對奈米粒子的影響.................72
圖4.5 不同電極距離（6mm）對奈米粒子的影響.................74
圖4.6 不同電極距離（15mm）對奈米粒子的影響................76
圖4.7 電極距離對奈米粒子粒徑大小的影響....................77
圖4.8 不同溫度（25℃）對奈米粒子的影響....................79
圖4.9 不同溫度（50℃）對奈米粒子的影響....................81
圖4.10 不同溫度（60℃）對奈米粒子的影響...................83
圖4.11 溫度對奈米粒子粒徑大小的影響.......................84
圖4.12 不同濃度（0.04M）對奈米粒子的影響..................86
圖4.13 不同濃度（0.06M）對奈米粒子的影響..................88
圖4.14 不同濃度（0.08M）對奈米粒子的影響..................90
圖4.15 界面活性劑濃度對奈米粒子粒徑大小的影響.............91
圖4.16 γ-Fe2O3的XRD理論值（JCPDS）......................92
圖4.17 不同電流密度下 XRD 圖..............................93
圖4.18 在不同電極距離下，電流密度為20mA時XRD圖............94
圖4.19 在不同溫度下，電流密度為20mA時XRD圖................95
圖4.20 在不同界面活性劑濃度下，電流密度為20mA時XRD圖......96
圖4.21 不同粒俓大小的γ-Fe2O3在室溫的磁滯曲線.............97
圖4.22 不同粒俓大小的γ-Fe2O3在低溫的磁滯曲線.............98
圖4.23 不同粒俓大小的γ-Fe2O3在H=100 Oe 下的M-T曲線.......99
圖4.24 複合粒子TEM圖.....................................100
圖4.25 複合粒子（γ-Fe2O3@SiO2）EDS......................101
表1.1 球形顆粒之比表面積與表面原子數隨顆粒直徑變化對照表
...................................................102
表1.2 金屬奈米粒子的融點及燒結溫度.......................102
表1.3 化學濕式法介紹.....................................102
表2-1 奈米粒子表面能量...................................103
表4-1 不同電流密度下實驗參數.............................103
表4-2 不同電極距離下實驗參數.............................104
表4-3 不同溫度下實驗參數.................................104
表4-4 不同界面活性劑濃度下實驗參數.......................105
表4-5 不同電流密度下粒俓統計表...........................105
表4-6 不同電極距離時，各電流密度下粒俓統計表.............105
表4-7 不同溫度時，各電流密度下粒俓統計表.................106
表4-8 不同介面活性劑濃度時，各電流密度下粒俓統計表.......106
表4-9 不同粒俓在室溫與低溫下，各項磁性量測數值...........106

參考文獻
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