奈米粉體及奈米碳管的分散及特性分析研究

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奈米粉體及奈米碳管的分散及特性分析研究

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簡介

本研究於101年度已成功開發一組可產生穩定微粒濃度的分散器,不過產生的微粒的質量中間氣動直徑(Mass Median Aerodynamic Diameter, MMAD) 1~2 μm,因此本研究嘗試於102年度設計兩款分徑設備以去除分散器產生的大微粒(氣動直徑Dpa>0.5 μm),進而達成降低產生微粒的MMAD。此外,TEM分析的結果顯示,經分散的CNT呈現許多金屬不純物的團粒,因此有效定量或定性不純物的成份是相當重要的。而本研究也改良自行設計的濃縮式奈米微粒採樣器(CNS),使TEM銅網採集到的奈米微粒可作為評估作業場所勞工奈米微粒暴露。
102年度去除次微米微粒的設備共兩款設計,分別為虛擬旋風器(virtual cyclone)和水膜微粒衝擊器(WFPI, wet-film particle impactor)。虛擬旋風器由一個傳統旋風器和一個虛擬衝擊器組成,微粒收集效率測試結果顯示,當操作流量為5.0、5.5和6.0 L/min,其截取氣動直徑(Dpa50)為616 nm、569 nm和490 nm。與不使用虛擬衝擊器的旋風器的測試結果比較可知,虛擬衝擊器的設計可使旋風器產生的壓損變小且也可降低其截取直徑。設計2的水膜微粒衝擊器 (噴嘴直徑:0.7 mm、噴嘴數目:3個、噴嘴板直徑2 mm)測試結果顯示,它可有效的以水膜洗除衝擊板上收集的微粒,不會產生固體微粒反彈問題;當操作流量為5.5 L/min,S/W(S:噴嘴板至收集表面的距離、W:噴嘴直徑)由3.0 降至0.37,設計2衝擊器的截取氣動直徑由426 nm下降至280 nm,表示衝擊器的截取直徑隨S/W減小而降低。由微粒負荷測試結果可發現,本研究注入衝擊器的沖洗水能有效的將收集表面的微粒去除,使本衝擊器在高濃度的微粒負荷,其截取直徑幾無改變。
102年度設計兩個可將奈米微粒收集於TEM銅網(TEM grid)或薄膜濾紙(membrane filter)的小型採樣器,該採樣器主要由一個可去除100 nm以上微粒的微孔衝擊器和一個TEM銅網濾紙匣或一個薄膜濾紙匣組成。而實驗室測試的結果顯示,TEM銅網與薄膜濾紙的微粒收集效率結果與理論方程式計算的結果相符。
分析四種奈米碳管金屬(兩種由新奈材料製造,型號XNM-LP-560000和XNA-SP-033100、另兩種由深圳奈米科技港公司製造,型號S-MWNT-1020和L-MWNT-1020)成份的結果顯示,新奈材料製造的兩種奈米碳管中分別含有3.53%和3.08%的金屬成份,其中鉬元素(Mo)的含量最高,佔所有金屬成份的95.7%和97.41%;深圳奈米科技港公司製造的分別含有0.98%和0.65%的金屬成份,其中以鎳元素(Ni),分別佔有56.5%和65.9%,其次為鉬元素(Mo),佔13.7%和14.7%。
此外,量測由粉體分散器分散後的奈米二氧化鈦(nano-TiO2)和奈米碳管(CNT, Carbon nanotube)的質量分佈(mass distribution)和數目濃度分佈(number distribution)的結果顯示,TiO2呈現單峰的數目分佈,眾數粒徑(Mode diameter)約為100 nm,質量中間氣動直徑(MMAD)為0.7-0.8 μm;CNT則呈現雙峰數目分佈分佈,眾數粒徑分別為107 nm和339 nm,MMAD為0.79和4 μm。分散的結果顯示,本粉體分散器可產生眾數粒徑約100 nm的微粒或奈米管,且質量中間氣動直徑也均低於1 μm,表示本粉體分散器的分散效果優於文獻中各種分散粉體的方法。


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