摘要
以往中溫固態燃料電池（IT-Solid Oxide Fuel Cells）的陽極都是以NiO/YSZ（Yttria Stabilized Zirconia）為主流，但隨著中溫燃料電池電解質的材質改用CGO（Cerium Gadolinum Oxide）後，燃料電池陽極的主流材料轉為NiO/CGO，本研究將以新發展之EAVD鍍膜法來製備中溫固態燃料電池所需的陽極，希望藉由鍍膜參數的控制來得到高孔隙度的NiO/CGO多孔膜，其中我們所改變的參數有：鍍膜溫度、鍍膜時間、流率。
在我們的研究結果指出，鍍膜溫度與鍍膜時間對於EAVD鍍膜法所製備的鍍膜而言，是非常重要的兩項參數，對於鍍膜的表面形貌有絕對重要的影響。而且鍍膜溫度對於表面形貌的影響存在有一臨界值，此臨界值在本實驗的條件中約為400℃，在此溫度以上可得孔隙度高的NiO/CGO多孔膜，在此溫度以下所得的樣品，表面孔隙度將不符合未來中溫固態燃料電池所需求的孔隙度。
鍍膜時間對於鍍膜表面形貌的影響亦存在有一臨界值，就本研究的實驗結果而言，當鍍膜不足5分鐘時，會得到緻密的鍍膜，當鍍膜時間超過5分鐘後可以得到孔隙度符合所需的NiO/CGO多孔膜。但是在本研究中，流率相對於鍍膜溫度與鍍膜時間對表面形貌的影響較低，可是也有些許的差異出現，本實驗的最佳流率約在0.7cc/hr至1.4cc/hr的範圍中。
經由XRD的實驗結果得知，NiO/CGO多孔膜可以藉由EAVD鍍膜法製備而得到。

Abstract
In this study, EAVD(Electrostatic Assisted Vapor Deposition) technique was used to fabricate NiO/CGO (Cerium Gadolinum Oxide) films for the anode of IT-SOFCs (Intermediate Temperature-Solid Oxide Fuel Cells). The objective of this work is to establish the relationship between the morphology of NiO/CGO films and deposition parameters. The effects of different deposition parameters on film morphology were studied. The systematically changed deposition parameters were : deposition temperature, deposition time, flow rate and concentration of precursor solution and substrate types.
According to experiment results, deposition temperature and deposition time are most important deposition parameters of controlling the morphology of films. The deposited NiO/CGO films with a highly porous structure were obtained above 400 oC and 5mins. On the other hand, when deposition temperature and time were decreased below 400 oC and 5mns, dense films were obtained. In this study, the flow rate and concentration of precursor solution and substrate types also influence the morphology of films, although to a lesser degree. The most suitable range of the flow rate is 0.7 cc/hr to 1.4 cc/hr.
The XRD results show that the crystalline NiO/CGO film were obtained by EAVD technique.

章節目錄
第一章、前言 1
第二章、文獻回顧 4
2.1 二氧化鈰的晶體結構 4
2.2 中溫燃料電池之陽極 6
2.3 EAVD法 10
2.3.1 EAVD法之鍍膜原理 10
2.3.2 有關於cone-jet mode之研究 14
2.3.3 以EAVD鍍膜的形貌研究 18
第三章、實驗步驟與規劃 22
3.1藥品資料表 22
3.2 實驗規劃 22
3.3 實驗流程 23
3.4 製備溶液先驅物 24
3.5溶液性質量測 25
3.6 EAVD鍍膜 25
3.7鍍膜參數設定 27
3.7.1 鍍膜溫度系列 27
3.7.2 鍍膜時間系列 27
3.7.3 流率系列 27
3.7.4 濃度系列 28
3.7.5 基材系列 28
3.8 XRD分析 28
3.9 SEM觀察 29
3.9.1 橫截面觀察 29
3.9.2 表面觀察 30
第四章、結果與討論 31
4.0 溶液先驅物的性質量測 31
4.0.1 以溶液先驅物的性質來估算霧滴直徑與噴射電流 31
4.0.2 對溶液先驅物的TGA量測 32
4.a.1 EAVD鍍膜之表面形貌觀察與討論 34
4.a.2 溫度系列 39
4.a.2.1 XRD結果 39
4.a.2.2 SEM表面觀察 42
4.a.3時間系列 53
4.a.3.1 XRD結果 53
4.a.3.2 SEM截面觀察 54
4.a.3.3 SEM表面觀察 56
4.a.4 流率系列 64
4.a.4.1 XRD結果 64
4.a.4.2 SEM截面觀察 65
4.a.4.3 SEM表面觀察 67
4.a.5 濃度系列 78
4.a.5.1 XRD結果 78
4.a.5.2 SEM截面觀察 79
4.a.5.3 SEM表面觀察 80
4.a.6 基材系列 85
4.a.6.1 SEM表面觀察 85
4.b.1 溫度系列SEM表面觀察 88
第五章、結論 92
第六章、參考文獻 94

圖目錄
圖2.1 二氧化鈰的晶體結構示意圖 4
圖2.2 經過摻雜的二氧化鈰晶體結構圖 5
圖2.3 固態燃料電池示意圖 6
圖2.4 EAVD之設備示意圖 10
圖2.5 流率影響噴射流型態的CCD影像圖 14
圖2.6 外加電壓影響噴射流型態的CCD影像圖 15
圖2.7 各種針頭設計的示意圖 16
圖2.8 各種針頭設計所得的工作區間圖 17
圖2.9 常見的EAVD薄膜分類圖 18
圖2.10 以Zn(CH3COO)2˙H2O與乙醇為先驅物所得的薄膜 19
圖2.11 以Zr(OCH2CH2CH3)4與乙醇為先驅物所得的薄膜 19
圖2.12 以Al2O3與乙醇為先驅物所得的薄膜 19
圖2.13 倒噴鍍膜形成網狀結構之模型 20
圖3.1 實驗流程圖 24
圖3.2 正噴式EAVD設備示意圖 26
圖3.3 倒噴式EAVD設備示意圖 26
圖3.3 SEM截面觀察之試片製備流程圖 30
圖4.0.1 溶劑為100%乙醇時之TGA圖 33
圖4.0.2 溶劑為50%乙醇加50%卡畢醇時之TGA圖 33
圖4.a.1.1 鍍膜溫度500℃之鍍膜表面形貌 35
圖4.a.1.2 鍍膜溫度500℃鍍膜的放大倍率觀察 35
圖4.a.1.3鍍膜溫度500℃時所得之SEI鍍膜表面形貌 36
圖4.a.1.4鍍膜溫度500℃時所得之BEI鍍膜表面形貌 36
圖4.a.1.5 鍍膜溫度500℃時所得之鍍膜EDS分析圖 37
圖4.a.1.6 EDS分析結果 37
圖4.a.1.7鍍膜溫度500℃時試片之mapping圖 38
圖4.a.1.8經過600℃鍛燒兩小時之mapping圖 38
圖4.a.2.1 未經鍛燒的溫度系列試片之XRD結果 41
圖4.a.2.2 經過600℃鍛燒兩小時的溫度系列XRD結果 42
圖4.a.2.3 鍍膜溫度200℃時所得的鍍膜表面形貌 45
圖4.a.2.4 鍍膜溫度250℃時所得的鍍膜表面形貌 45
圖4.a.2.5 鍍膜溫度200℃時之鍍膜放大倍率圖 46
圖4.a.2.6 鍍膜溫度250℃時之鍍膜放大倍率圖 46
圖4.a.2.7 鍍膜溫度200℃時之鍍膜放大倍率圖 47
圖4.a.2.8 鍍膜溫度250℃時之鍍膜放大倍率圖 47
圖4.a.2.9 鍍膜溫度300℃時所得的鍍膜表面形貌 48
圖4.a.2.10 鍍膜溫度350℃時所得的鍍膜表面形貌 48
圖4.a.2.11 鍍膜溫度350℃時之鍍膜放大倍率圖 49
圖4.a.2.12 鍍膜溫度400℃時所得的鍍膜表面形貌 49
圖4.a.2.13 鍍膜溫度450℃時所得的鍍膜表面形貌 50
圖4.a.2.14 鍍膜溫度480℃時所得的鍍膜表面形貌 50
圖4.a.2.15 鍍膜溫度400℃時之鍍膜放大倍率圖 51
圖4.a.2.16 鍍膜溫度450℃時之鍍膜放大倍率圖 51
圖4.a.2.17 鍍膜溫度480℃時之鍍膜放大倍率圖 52
圖4.a.3.1 經由600℃鍛燒兩小時的時間系列XRD結果 53
圖4.a.3.2 兩分鐘鍍膜時間樣品之橫截面觀察圖 54
圖4.a.3.3 二十分鐘鍍膜時間樣品之橫截面觀察圖 55
圖4.a.3.4 膜厚與鍍膜時間關係圖 56
圖4.a.3.5 鍍膜時間1分鐘之鍍膜表面形貌 58
圖4.a.3.6 鍍膜時間1分鐘之鍍膜放大倍率觀察圖 59
圖4.a.3.7 鍍膜時間3分鐘之鍍膜表面形貌 59
圖 4.a.3.8 鍍膜時間3分鐘之鍍膜放大倍率觀察圖 60
圖4.a.3.9 鍍膜時間5分鐘之鍍膜表面形貌 60
圖4.a.3.10 鍍膜時間5分鐘之鍍膜放大倍率觀察圖 61
圖4.a.3.11 鍍膜時間7分鐘之鍍膜表面形貌 61
圖4.a.3.12 鍍膜時間9分鐘之鍍膜表面形貌 62
圖4.a.3.13 鍍膜時間11分鐘之鍍膜表面形貌 62
圖4.a.3.14 鍍膜時間20分鐘之鍍膜表面形貌 63
圖4.a.3.15 鍍膜時間20分鐘之鍍膜放大倍率觀察圖 63
圖4.a.4.1 經由600℃鍛燒兩小時的流率系列之XRD結果 65
圖4.a.4.2 低流率樣品 ( 0.7cc/hr ) 之橫截面觀察圖 66
圖4.a.4.3 流率對膜厚之變化圖 67
圖4.a.4.4 0.7 cc/hr的鍍膜表面形貌 69
圖4.a.4.5 0.7 cc/hr的鍍膜表面形貌放大倍率圖 70
圖4.a.4.6 0.7 cc/hr的鍍膜表面形貌放大倍率圖 70
圖4.a.4.7 1.3 cc/hr的鍍膜表面形貌 71
圖4.a.4.8 1.3 cc/hr的鍍膜表面形貌放大倍率圖 71
圖4.a.4.9 1.7 cc/hr之鍍膜表面形貌 72
圖4.a.4.10 1.7 cc/hr的鍍膜表面形貌放大倍率圖 72
圖4.a.4.11 2.8 cc/hr的鍍膜表面形貌 73
圖4.a.4.12 2.8 cc/hr的鍍膜表面形貌放大倍率圖 73
圖4.a.4.13 2.8 cc/hr的鍍膜表面形貌放大倍率圖 74
圖4.a.4.14 4.2 cc/hr的鍍膜表面形貌 74
圖4.a.4.15 4.2 cc/hr的鍍膜表面形貌放大倍率圖 75
圖4.a.4.16 8 cc/hr的鍍膜表面形貌 75
圖4.a.4.17 8 cc/hr的鍍膜表面形貌放大倍率圖 76
圖4.a.4.18 16 cc/hr的鍍膜表面形貌 76
圖4.a.4.19 16 cc/hr的鍍膜表面形貌放大倍率圖 77
圖4.5.1 濃度系列樣品之XRD結果 78
圖4.a.5.2 濃度1.2M樣品之橫截面觀察圖 79
圖4.a.5.3 濃度1.2M樣品所得的鍍膜表面形貌 81
圖4.a.5.4 濃度1.2M樣品所得的鍍膜表面形貌放大倍率圖 81
圖4.a.5.5 濃度0.8M樣品所得的鍍膜表面形貌 82
圖4.a.5.6 濃度0.8M樣品所得的鍍膜表面形貌放大倍率圖 82
圖4.a.5.7 濃度0.4M樣品所得的鍍膜表面形貌 83
圖4.a.5.8 濃度0.4M樣品所得的鍍膜表面形貌放大倍率圖 83
圖4.a.5.9 濃度0.2M樣品所得的鍍膜表面形貌 84
圖4.a.5.10 濃度0.2M樣品所得的鍍膜表面形貌放大倍率圖 84
圖4.a.6.1 選用氧化鈰基材所得之鍍膜表面形貌 86
圖4.a.6.2 選用氧化鎳/氧化鈰基材所得之鍍膜表面形貌 86
圖4.a.6.3 選用康寧玻璃基材所得之鍍膜表面形貌 87
圖4.a.6.4 選用矽晶圓基材之鍍膜表面形貌 87
圖4.b.1.1 鍍膜溫度300℃之表面觀察圖 90
圖4.b.1.2 鍍膜溫度425℃之表面觀察圖 91
圖4.b.1.3 鍍膜溫度550℃之表面觀察圖 91

第六章、參考文獻
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