本實驗分成兩部分，第一部份是研究Al2O3-SnO2系統在高溫(1500℃)均質化熱處理成固溶體之後，再於低溫(1000℃與1100℃)熱處理使其產生過飽和介穩析出行為，並觀察其微觀組織。而第二部份是利用氧化鋁的奈米粉末，做短時間的燒結，觀察其比表面積的變化，進而求出活化能，並判斷擴散機制為何。
本實驗在第一部分，於1000℃退火的初步結果，在AEM，具金紅石結構且溶入Al2O3之SnO2顆粒，zone axis為[001]的繞射圖中，觀察到有往( 0)與(1 0)晶面垂直方向延伸的暈狀繞射(streaking)，應為板狀析出物G.P. zone所造成的，這些G.P. zone沿著( 0)與(1 0)面生長，而拉長退火時間後，更發現了平衡相γ-Al2O3的析出，。
再者，溶入Al2O3之SnO2顆粒，目前發現大量的聚合雙晶(coalescence twin)或變形雙晶(deformation twin)，而這些雙晶平面都為{110}系列，一般而言，含Al之SnO2燒結體是利用G.P. zone介穩中間相(metastable intermediate) 以及聚合或變形雙晶來降低能量，以利析出。
至於溶入Sn4+之Al2O3顆粒，也發現了類似G.P. zone的板狀析出物平行於(0003)以即( 2 0)兩平面，尚有一些俯視如圓形domain，則為平行於(10 0)的析出。
而第二部份，奈米氧化鋁粉於1100℃-1400℃的早期燒結，有兩種顆粒大小的粉末，分為50nm與10nm，本實驗利用BET方法測量其表面積與孔洞大小，並利用SEM觀察其表面孔洞燒結情形，以分析在特定溫度下產生柱狀孔洞(cylindrical pore)的燒結時間點，進而求出活化能，並比較顆粒大小對燒結情況的影響，與擴散機制是否有所不同，目前得知氧化鋁粉，在不同顆粒大小下，皆可在1100℃
60-70分鐘之內，即可燒結，支持學長關於γ- Al2O3奈米凝聚物可在1000℃左右聚簇之假設，現階段所得的燒結活化能10nm的Al2O3為199.012KJ/mol與50nm的Al2O3為267.863KJ/mol，與表面擴散的活化能相近。

none

第一部份目錄
頁次
摘要……………………………………………………………………Ⅰ
目錄……………………………………………………………………III
圖表目錄………………………………………………………………IV
壹、前言……………………………………………………………… 1
貳、實驗流程………………………………………………………… 4
参、實驗步驟及方法………………………………………………… 5
肆、實驗結果………………………………………………………… 7
伍、討論………………………………………………………………15
陸、結論………………………………………………………………20
柒、參考資料…………………………………………………………21









圖表目錄

頁次
圖1 金紅石結構。……………………………………………………23
圖2 莫耳比A8S92-1500℃熱處理24小時空冷後的試片所呈現的
XRD(CuKα)繞射圖，此時的Al2O3-SnO2已成為均質化的金紅
石結構(簡稱r)固溶體。………………………………………….24
圖3 莫耳比S8A92-1500℃熱處理24小時空冷後的試片，α-Al2O3(簡稱α)與金紅石結構(簡稱r)，所呈現的XRD(CuKα)繞射圖。..24
圖4 莫耳比A8S92試片中經四種熱處理條件所得金紅石(r)結構固
溶體之XRD疊圖。………………………………………………25
圖5 莫耳比S8A92試片中經兩種熱處理條件所得金紅石(r)結構與
α-Al2O3(α)結構相之XRD疊圖。………………………………25
圖6 莫耳比8:92(Al2O3-SnO2)標本，1500℃熱處理24小時之SEM影
像，(a)SEI，(b)SEI倍率放大圖。………………………………26
圖 7 莫耳比8:92(Al2O3-SnO2)，1500℃熱處理24小時後，SEM-EDX
的結果(a)BEI，標記x的地方顯示單點分析的區域，(b)成分比，
(c)EDX成份分析圖，結果顯示分佈在富SnO2晶粒內及邊界上
的黑色小顆粒為α-Al2O3。………………………………………27
圖 8 莫耳比8:92(Al2O3-SnO2)，1500℃熱處理24小時後，1000℃
退火72小時後，進行化學腐蝕所觀察到的表面(a)SEI(b)SEI放
大倍率圖。………………………………………………………28
圖 9 莫耳比8:92(Al2O3-SnO2)，1500℃熱處理24小時後，1000℃
退火72小時後，(a)BEI，spectrum12表單點分析的區域，(b)
成份比，(c) EDX成分析，結果顯示分佈在富SnO2晶粒內有
溶入少量的錫。…………………………………………………29
圖 10 莫耳比8:92(Al2O3-SnO2)，1500℃熱處理24小時後，1000℃
退火72小時後，掃描式電子顯微鏡照片(a) BEI，spectrum11 表單點分析的區域，(b)成份比，(c) EDX成份分析，結果顯示
分佈在富SnO2晶粒內有溶入鋁。………………………………30
圖11 莫耳比A8S92標本於1500℃熱處理24小時後空冷之金紅石
結構TEM照片。(a)SAED，(b)BFI。…………………………31
圖12 A8S92標本於1500℃熱處理24小時，1000℃退火72小時空
冷後之金紅石結構的TEM照片(a)SAED，(b)BFI，暗處為軸
[111]軸向之金紅石結構顆粒。…………………………………32
圖13 A8S92標本於1500℃熱處理24小時，1000℃退火72小時空
冷後之金紅石結構的TEM照(a)SAED，(b)BFI，(c)DFI(g=00 )
，晶粒大小約為500nm。………………………………………33
圖14 A8S92標本於1500℃熱處理24小時，1000℃退火72小時空
冷後之金紅石結構的TEM照片(a)SAED，(b)BFI，(c)BFI放
大圖。………………………………………………………….…34
圖15 A8S92標本於1500℃熱處理24小時，1000℃退火72小時空
冷後之金紅石結構的TEM照片(a)SAED(b)BFI(c)DFI，圈選
twin spot所呈現區(d)DFI，圈選(011)所呈現的區域，由(c)(d)
可清楚的看出雙晶的對稱面為(011)。…………………………35
圖16 A8S92標本於1500℃熱處理24小時，1000℃退火72小時空
冷後之金紅石結構的TEM照片(a) BFI (b) SAED (c)DFI為圈
選( 10)的照片，亮的是上面那顆晶粒(d)則為圈選( 10)t的照
片，亮的是下面那顆晶粒(e)晶格影像圖(f)為(e)晶格影像重建
鐘方格區域之圖，所標示的白線為雙晶的對稱平面(101)。…37
圖17 A8S92標本於1500℃熱處理24小時，1000℃退火72小時空
冷後之金紅石結構的TEM照片(a) BFI，(b) DFI，g=010(c)
SAED，繞射點有沿著(1 0)與( 0)晶面垂直方向拖曳，(d)
BFI的放大圖，有平行於(1 0)與( 0)晶面的版狀析出物，
類似為G.P. zone的版狀析出，(e) DFI的放大圖。……………39
圖 18 A8S92標本於1500℃熱處理24小時，1000℃退火72小時空
冷後之氧化鋁結構顆粒的TEM照片(a) BFI ，(b) SAED，(c)
低倍 BFI。………………………………………………………40
圖 19 A8S92標本於1500℃熱處理24小時，1100℃退火72小時空
冷後之金紅石結構的TEM照片(a) BFI (b) SAED(c)晶格影像
圖(d)晶格影像繞射圖，圓框圈起的部份為軸向[3 1]r，方框
圈起的部份為軸向[001]r (e)晶格影像重建圖。………………42
圖20 A8S92標本於1500℃熱處理24小時，1100℃退火72小時空
冷後之金紅石結構的TEM照片(a) BFI (b) SAED(c)晶格影像
圖(d)晶格影像重建圖，差排的額外平面平行於( 01)。………43
圖21 A8S92標本於1500℃熱處理24小時，1100℃退火72小時空
冷後之金紅石結構的TEM照片(a) BFI (b) SAED(c)晶格影像
圖(d)為(c)方格內之晶格影像重建圖，差排的額外平面平行於
{1 0}。……………………………………………………………44
圖22 A8S92標本於1500℃熱處理24小時，1100℃退火72小時空
冷後之金紅石結構的TEM照片(a) BFI，照片中兩晶粒的分隔
線為twin plane(011) (b)DFI(c) SAED。…………………………45
圖23 A8S92標本於1500℃熱處理24小時，1100℃退火72小時空
冷後之氧化鋁顆粒結構的TEM照片(a) BFI(b)圖a放大
(c)SAED。………………………………………………………46
圖24 A8S92標本於1500℃熱處理24小時，1000℃退火140小時
冷後之氧化鋁顆粒結構的TEM照片(a)SAED，(b)BEI，
(c)EDX。……………………………………………………..…..47
圖25 A8S92標本於1500℃熱處理24小時，1000℃退火140小時空
冷後之金紅石顆粒結構的TEM照片(a)BFI，(b)圖a放大，
(c)SAED，Z=[1 5]，旁邊圍繞的小點為順晶(paracrystall)造成
的side band spots，(d)晶格影像圖，(e)EDX成份分析，含有
少量的鋁原子。…………………………………………………49
圖 26 A8S92標本於1500℃熱處理24小時，1000℃退火140小時
空冷後之金紅石結構的TEM照片(a) BFI (b) DFI(c) SAED，
繞射點有沿( )面拖曳(d)晶格影像(e) FFT，白色圓框為金
紅石軸向[0 1]的繞射點，黑色圓框為介穩相析出物γ-Al2O3
的繞射點，軸向為[100] (f)晶格影像重建圖，白色方框為
γ-Al2O3之單位晶胞(unit cell)。…………………………………51
圖27 S8A92在1500℃熱處理24小時後，1000℃退火72小時後，
空冷至室溫的低倍BFI，顯示主要為微米級α-Al2O3顆粒與孔
動即少量金紅石結構顆粒殘存。………………………………52
圖28 A8S92標本於1500℃熱處理24小時，1000℃退火140小時
空冷後之偏光顯微鏡照片，物鏡目鏡分別為40x與10x。(a)
未放上偏光板；(b)放入上偏光板；(c)放入上偏光板以及波程
差附屬版。………………………………………………………54
附錄1 SnO2-Al2O3相圖。……………………………………………55
附錄2 JCPDS file—SnO2。………………………………………….56
附錄3 JCPDS file—Al2O3。…………………………………………56
附錄4 Space group-金紅石結構(P42/mnm)。……………………….57
附錄5 Space group-剛玉結構(R c)。……………………………….58














第二部份目錄
頁次
目錄……………………………………………………………………X
圖表目錄………………………………………………………………XI
壹、前言………………………………………………………………59
貳、實驗流程…………………………………………………………61
参、實驗步驟及方法…………………………………………………62
肆、實驗結果…………………………………………………………62
伍、討論………………………………………………………………68
陸、結論………………………………………………………………71
柒、參考資料…………………………………………………………72
















圖表目錄

頁次
圖1 50nmAl2O3粉末1100℃(0-70min)的BET氮氣吸脫附滯留曲線
圖，70分鐘時圖形才有明顯改變形狀。………………………74
圖2 50nmAl2O3粉末1200℃(0-60min) 的BET氮氣吸脫附滯留曲線
圖，在10分鐘時才有明顯改變形狀。…………………………74
圖3 50nmAl2O3粉末1300℃(2-8min) 的BET氮氣吸脫附遲滯曲線
圖，在2-4分鐘時才有明顯改變形狀。……………………….75
圖4 50nmAl2O3粉末1300℃(1-5min) 的BET氮氣吸脫附滯留曲線
圖，在1分鐘時才有明顯改變形狀。…………………………75
圖5 10nmAl2O3粉末1100℃(0-60min) 的BET氮氣吸脫附滯留曲線圖，在60分鐘時才有明顯改變形狀。…………………………76
圖6 10nmAl2O3粉末1200℃(0-60min) 的BET氮氣吸脫附滯留曲線圖，在20分鐘時才有明顯改變形狀。…………………………76
圖7 10nmAl2O3粉末1300℃(0-20min) 的BET氮氣吸脫附滯留曲線圖，在5分鐘時才有明顯改變形狀。…………………………77
圖8 10nmAl2O3粉末1400℃(0-5min) 的BET氮氣吸脫附滯留曲線
圖，在2-5分鐘時才有明顯改變形狀。…………………………77
圖9 粒徑為50nm之原始氧化鋁粉末所得XRD繞射圖，此時可辨
認的繞射峰，有θ-Al2O3與γ- Al2O3。…………………………78
圖10 粒徑為50nm之氧化鋁粉末於1200℃熱處理30分鐘冷卻至室
溫所得θ- Al2O3與α- Al2O3的XRD繞射圖。……………………78
圖11粒徑為50nm之氧化鋁粉末於1300℃熱處理8分鐘冷卻至室
溫所得α- Al2O3的XRD繞射圖。………………………………79
圖12 粒徑為50nm之氧化鋁粉末於1400℃熱處理1分鐘冷卻至室
溫所得θ- Al2O3與α- Al2O3的XRD繞射圖。……………………79
圖13 粒徑為10nm之原始氧化鋁粉末所得XRD繞射圖，此時可辨
認的繞射峰，為θ-Al2O3。………………………………………80
圖14 粒徑為10nm之氧化鋁粉末於1200℃熱處理30分鐘冷卻至室
溫所得θ- Al2O3與α- Al2O3的XRD繞射圖。…………………80
圖15粒徑為10nm之氧化鋁粉末於1300℃熱處理10分鐘冷卻至室
溫所得θ- Al2O3與α- Al2O3的XRD繞射圖。…………………81
圖16 粒徑為10nm之氧化鋁粉末於1400℃熱處理2分鐘冷卻至室
溫所得θ- Al2O3的XRD繞射圖。………………………………81
圖17 TEM-BFI顯示氧化鋁約平均粒徑約10nm左右的粉末原始形
狀。………………………………………………………………82
圖18 平均粒徑約50nm左右的氧化鋁粉末原始形狀乾壓SEM照片。
………………………………………………………………........82
圖19 50nm粒徑Al2O3粉末經1200℃-10min燒結後的SEM照片，
箭頭所標示的地方為典型的富孔洞狀cylindrical pore垂直紙
面。………………………………………………………………83
圖20 50nm粒徑Al2O3粉末經1200℃-20min燒結後的SEM照片，
箭頭所標示的地方為典型的燒結晶粒間孤獨殘留孔洞。……83
圖21 50nm粒徑Al2O3粉末經1300℃-2min熱處理的SEM照片。.84
圖22 50nm粒徑Al2O3粉末經1300℃-4min燒結後的SEM照片，箭 頭所標示的方為燒結晶粒間孤獨殘留孔洞。…………………84
圖23 50nm粒徑Al2O3粉末1400℃-1min燒結後的SEM照片，箭頭所標示的地方為相連的管狀孔洞(cylindrical pore)。…………85
圖24 50nm粒徑Al2O3粉末1400℃-3min燒結後的SEM照片，箭頭所標示的地方為燒結晶粒間孤獨殘留孔洞。…………………85
圖25 10nm粒徑Al2O3粉末1100℃-60min燒結後的SEM照片，箭
頭所標示的地方為相連的管狀孔洞(cylindrical pore)。………86
圖26 10nm 粒徑Al2O3粉末1200℃-20min燒結後的SEM照片，箭
頭所標示的地方為相互串連的管狀孔洞(cylindrical pore)。…86
圖27 10nm粒徑Al2O3粉末1200℃-60min燒結後的SEM照片，箭
頭所標示的地方為燒結晶粒間孤獨殘留孔洞。………………87
圖28 10nm粒徑Al2O3粉末1300℃-5min燒結後的SEM照片，箭頭所標示的地方為相互串連的管狀孔洞(cylindrical pore)。……87
圖29 10nm粒徑Al2O3粉末1300℃-20min燒結後的SEM照片，箭
頭所標示的地方為燒結晶粒間孤獨殘留孔洞。………………88
圖30 50nm粒徑Al2O3粉末之初活化能圖。…………………………89
圖31 10nm 粒徑Al2O3粉末之活化能圖。……………………………89

附錄 1 Types of physisorption isotherms。…………………………90
附錄 2 Types of hysteresis loops。……………………………………90
附錄 3 JCPDS file—θ-Al2O3。………………………………………91
附錄 4 JCPDS file—γ-Al2O3。………………………………………91
附錄 5 JCPDS file—δ-Al2O3。………………………………………92
附錄 6 JCPDS file—α-Al2O3。………………………………………92

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