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系統識別號 U0026-2608201115332900
論文名稱(中文) 建築塗料摻雜各式奈米材料之電磁波屏蔽效應之研究
論文名稱(英文) Architectural paint blend with nano materials for the study of electromagnetic interference shielding effects
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 航空太空工程學系碩博士班
系所名稱(英) Department of Aeronautics & Astronautics
學年度 99
學期 2
出版年 100
研究生(中文) 陳翰
研究生(英文) Han Chen
學號 p46984130
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 116頁
口試委員 指導教授-高騏
口試委員-劉明仁
口試委員-劉新舉
口試委員-楊智勝
中文關鍵字 電磁波遮蔽  酸洗過後的奈米碳管  碳纖維  碳黑 
英文關鍵字 Electromagnetic shielding  carbon nanotubes of acid treatment  carbon fiber  carbon black 
學科別分類
中文摘要 本論文以機械式液態球磨方式製備多種奈米材料及改質奈米碳管混合水性水泥漆,探討電磁波遮蔽之特性。
關於奈米碳管電磁波遮蔽之研究,將高強韌、高導電性、高深寬比的奈米碳管經過界面活性劑(SDS,NaDDBS)的包覆及酸洗改質,達到均勻分散於建築油漆中。經過量測,顯示過多的分散劑會影響電磁波遮蔽的表現。酸洗過後的奈米碳管,能增加分散性,但碳管本質已被破壞,導電性及電磁波遮蔽效應不佳。
關於碳纖維電磁波遮蔽之研究,接觸面積較小的碳纖維能夠提升較高的奈米材料在油漆中的比例,使導電度大幅提升。將奈米碳管、碳黑及石墨等碳類材料互相混合,能使電磁波屏蔽疊加,但過多的碳黑會影響與碳纖維的結合。羧甲基纖維素能夠使奈米量級的碳黑結合在碳纖維上,能夠達到極高的電磁波遮蔽效應。導電度高金屬奈米粒子有氧化影響,並未幫助增加電磁波遮蔽。
防電磁波經過實際測試,依一底兩度施工實驗,去驗證實驗中油漆是可行施行在真實的牆面上。依經濟部標準檢驗局CNS10757塗料一般檢驗法執行耐久耐熱及剝離試驗。經過不同時間的耐熱烘烤,電磁波屏蔽仍可維持住,而剝離試驗後的試片,結果並未剝落,顯示出防電磁波油漆的附著力極佳。經過模型木屋的測試,模擬房屋內全塗、底部無塗佈、門窗不塗、門窗及底部不塗等四種情況,其經過測量,經過防電磁波油漆遮蔽電磁波下降分別為81.3%~92.7%、51.8%~84.2%、81.8%~90.0%、58.9%~77.9%。而把門不塗的面朝著電磁波發射源,遮蔽電磁波效果降低至42.8% ~ 60.3% (底部無塗)及43.2% ~ 70.8% (底部有塗)。
關鍵字:電磁波遮蔽、酸洗過後的奈米碳管、碳纖維、碳黑
英文摘要 The mechanical agitation manufacture a variety of nanocomposites and treated nanomaterials to explore the characteristics of electromagnetic shieldging
Electromagnetic shielding of the research on carbon nanotubes, the high toughness, high conductivity and high aspect ratio of carbon nanotubes through the surfactants (SDS, NaDDBS) of absorption of carbon nanotubes and acid modification, to dispersed in the building paint. After measurement, excessive surfactants will affect the electromagnetic shielding performance. After carbon nanotubes of acid treatment, can increase the dispersion, but the nature of the carbon tubes have been damaged, electrical conductivity and electromagnetic shielding effect is poor.
Electromagnetic shielding of the carbon fiber research, the small contact area of carbon fiber to enhance the high proportion of the paint, so that it can increase conductivity dramatically. The carbon nanotubes, carbon black and graphite and other carbon-like material can be mixed with each other, and electromagnetic shielding can stack. Excessive carbon black will affect the carbon fiber combination. Carboxymethyl cellulose can combine carbon black with carbon fiber, and achieve very high electromagnetic shielding effect. The oxide influence of high conductive metal nano-particles did not help increase the electromagnetic wave shielding.
Electromagnetic wave through the actual test, “once prime paint and twice finsh paint experiments” verify the implementation of the experiment is feasible in a real paint the wall. According to CNS10757 of BSMI, paint tested durable heat-resistant test and peel test. After durable heat-resistant at different times of heat, electromagnetic shielding can sustain. the peel test specimen did not peel off, showing that the paint have excellent adhesion. T he wooden house model simulate the whole house painted, the bottom of the non-coated, not painted doors and windows, doors, windows and the bottom is not painted. In the four cases, the electromagnetic interference shielding value of the paint decreased 81.3%~92.7%, 51.8% ~ 84.2%, 81.8% ~ 90.0%, 58.9% ~ 77.9%.The wooden door is not painted in the face of the electromagnetic emission source, shielding of electromagnetic waves down to 42.8% ~ 60.3%(the bottom of the non-painted) and 43.2% ~ 70.8% (bottom painting).
Key word: Electromagnetic shielding, carbon nanotubes of acid treatment, carbon fiber, carbon black
論文目次 目錄
簽名頁
中文摘要
英文摘要
致謝
目錄 I
表目錄 V
圖目錄 VI
第一章 緒論 1
1-1前言 1
1-2 研究動機 2
1-3 研究方向 3
第二章 文獻回顧 5
2-1電磁波簡介 5
2-2 電磁波干擾簡介[7] 6
2-3 電磁波干擾管理規範 7
2-4 電磁波屏蔽效應原理說明[11] 7
2-5 儀器說明量測系統與方法 10
2-5-1 量測設備 10
2-5-2 量測架構 10
2-6 奈米碳管之特性 11
2-7 奈米碳管分散的方法 13
2-8 電磁波對於奈米複合材料之文獻探討 14
2-8-1電磁波數值量測: 14
2-8-2利用三氟乙酸(Trifluoroacetic acid)分散奈米碳管 16
2-8-3 奈米碳管分散劑NaDDBS 17
2-8-4 碳纖維與碳黑的複合材料之電磁波遮蔽 18
2-9 奈米材料改質和摻雜建築材料油漆 19
第三章 實驗內容及討論 21
3-1 奈米材料和油漆材料混合之實驗設備 21
3-2 奈米複合材料油漆檢驗設備 24
3-3 油漆混合奈米材料的方式 25
3-4 塗佈方式 25
3-5 油漆和奈米材料混合之步驟 26
3-6 防電磁波油漆導電性的量測 26
3-7 奈米碳管的改質 27
3-7-1介面活性劑改質 27
3-7-2羧化奈米碳管改質 29
3-8奈米碳管混合導電碳黑與導電石墨 32
3-8-1 奈米碳管混合導電碳黑 32
3-8-2 奈米碳管混合導電石墨 32
3-9 碳纖維與奈米材料 33
3-9-1不同比例碳纖維 33
3-9-2 碳纖維與金屬奈米粒子 35
3-9-3碳纖維與碳黑 37
3-9-4羧甲基纖維素 39
3-10 實際應用 42
3-10-1膜厚討論及一底兩度 42
3-10-2實品屋探討 43
3-10-3製作大量油漆及實際量測 44
3-10-4耐久性測試及剝離測試 46
第四章 結果與討論 49
第五章 結論 54
第六章 建議 56
參考文獻 57
自述 116
表目錄
表 2- 1非游離輻射環境建議值[11] 62
表 2- 2經電磁波量測dB換算功率比及電壓電流比 63
表 2- 3導電橡膠混合形成比例[29] 66
表 3- 1碳纖維不同尺寸與價格 87
表 3- 2塗料膜厚 105
表 3- 3無線網路放大器電磁波經油漆屏蔽測試1 110
表 3- 4 無線網路放大器電磁波經油漆屏蔽測試2 110
表 3- 5 無線網路放大器電磁波經油漆屏蔽測試3 111
表 3- 6無線網路放大器電磁波經油漆屏蔽測試4 112
表 3- 7無線網路放大器電磁波經油漆屏蔽測試5 112
表 3- 8無線網路放大器電磁波經油漆屏蔽測試6 113
表 3- 9試驗結果之分類 115
圖目錄
圖 2- 1電磁波之電場與磁場以及波之行進方向[4] 61
圖 2- 2電場、磁場與波阻抗之關係圖[6] 61
圖 2- 3電磁波的應用分佈圖 62
圖 2- 4電磁波遮蔽效應原理說明 63
圖 2- 5電磁屏蔽效率量測架構 64
圖 2- 6多壁奈米碳管溶入不同有機溶劑及三氟乙酸[27] 64
圖 2- 7多壁奈米碳管溶入有機溶劑及三氟乙酸的SEM圖[27] 65
圖 2- 8(由左至右) SDS-高純度單壁奈米碳管 在0.5 mg/ml,TX100-高純度單壁奈米碳管在0.8mg/ml,NaDDBS-高純度單壁奈米碳管在20 mg/ml;分別經過五天,五天,兩個月靜置[28] 65
圖 2- 9界面活性劑吸附奈米碳管示意圖[28] 66
圖 2- 10圖2-14 (a)EVA混50%短碳纖維(b)EVA混10%短碳纖維(a)EVA/EPDM 50/50混10%短碳纖維(a)EVA/EPDM混40%碳黑 SEM圖[29] 67
圖 2- 11(a)EVA,EPDM,EVA & EPDM50/50混50%碳黑(b) EVA,EPDM,EVA & EPDM50/50混50%短碳纖維 電磁波遮蔽效應圖[29] 68
圖 2- 12(a)環氧樹脂含5 wt%碳黑(b)環氧樹脂含30 wt%碳黑[30] 69
圖 2- 13在室溫下環氧樹脂/碳黑的導電率與載子移動率[30] 69
圖 3- 1 線性塗佈機 70
圖 3- 2左:3%,2%,1% NaDDBS/奈米碳管;右: 3%,2%,1% SDS/奈米碳管 71
圖3- 3經過1.5小時 左:3%,2%,1% NaDDBS /奈米碳管; 71
圖3- 4經過24小時 左:3%,2%,1% NaDDBS /奈米碳管; 71
圖3- 5 1%,2%,3% SDS +奈米碳管 Raman圖 72
圖3- 6 1%,2%,3% NaDDBS +奈米碳管 Raman圖 72
圖3- 7 1%,2%,3% NaDDBS +奈米碳管 與1%,2%,3% SDS +奈米碳管實驗流程圖 73
圖3- 8 NaDDBS +奈米碳管 與SDS +奈米碳管四點探針圖 74
圖 3- 9 NaDDBS +奈米碳管 與SDS+奈米碳管 電磁波屏蔽圖 74
圖 3- 10奈米碳管+三氟乙酸+SDS/NaDDBS +油漆實驗流程圖 75
圖 3- 11奈米碳管+三氟乙酸+ SDS / NaDDBS +油漆電磁波遮蔽效應圖 75
圖3- 12羧化奈米碳管摻入複合材料實驗流程圖 76
圖3- 13酸洗碳管分散情況 77
圖3- 14 AT-MWNTs +油漆四點探針圖 77
圖3- 15自行酸洗奈米碳管 + 油漆 與 未酸洗奈米碳管 + 油漆 電磁波屏蔽效應圖 78
圖3- 16 AT-MWNTs + 油漆Raman圖 79
圖3- 17羧化奈米碳管摻入複合材料實驗流程圖 80
圖3- 18商業用酸洗碳管分散情況 81
圖3- 19 CA-MWNTs+油漆四點探針圖 81
圖 3- 20 CA-MWNTs + 油漆 電磁波屏蔽效應圖 82
圖3- 21 CA-MWNTs + 油漆Raman圖 82
圖3- 22酸洗碳管與商業用酸洗碳管分散情況 83
圖3- 23 CA-MWNTs ,AT-MWNTs,MWNTs+ 油漆電磁波屏蔽效應圖 83
圖3- 24 CA-MWNTs,AT-MWNTs,MWNTs+油漆四點探針圖 84
圖3- 25 CA-MWNTs,AT-MWNTs,MWNTs+油漆Raman圖 84
圖 3- 26不同碳黑比例 +奈米碳管實驗步驟圖 85
圖 3- 27不同碳黑比例 + 奈米碳管 + 油漆四點探針圖 85
圖 3- 28不同碳黑比例 + 奈米碳管 +電磁波屏蔽效應圖 86
圖 3- 29石墨 + 奈米碳管 +油漆 電磁波屏蔽效應圖 86
圖 3- 30不同尺寸碳纖維 + 油漆 電磁波屏蔽效應圖 87
圖 3- 31碳纖維+油漆 與 奈米碳管+油漆實驗流程圖 88
圖 3- 32碳纖維+油漆 與奈米碳管+油漆四點探針圖 89
圖 3- 33碳纖維+油漆 與奈米碳管+油漆電磁波屏蔽效應圖 89
圖 3- 34碳纖維 + 奈米碳管 + 油漆 實驗流程圖 90
圖 3- 35碳纖維 + 奈米碳管 + 油漆電磁波屏蔽效應圖 90
圖 3- 36碳纖維 + 羰基鐵/奈米銅 + 油漆實驗流程圖 91
圖 3- 37碳纖維 +羰基鐵/奈米銅 +油漆 四點探針圖 91
圖 3- 38碳纖維 +羰基鐵 +油漆 電磁波屏蔽圖 92
圖 3- 39碳纖維 + 奈米銅 + 油漆 電磁波屏蔽圖 92
圖 3- 40碳纖維 + (新、舊)奈米銅 + 油漆圖 (a)61.7%奈米銅:新(b)40.9%碳纖維29%奈米銅:新右、舊左(c)40.9%碳纖維40.5%奈米銅:新右、舊左 93
圖 3- 41碳纖維 + (新、舊)奈米銅 + 油漆 電磁波屏蔽圖 93
圖 3- 42碳纖維 +碳黑 + 油漆實驗流程圖 94
圖 3- 43碳纖維 + 碳黑+ 油漆 電磁波屏蔽效應圖 94
圖 3- 44碳黑/碳纖維 Raman圖(a)碳黑直徑:50nm:新(b)碳黑直徑:50nm:舊(c)碳黑直徑:30nm:新(d)碳黑直徑:30nm:舊(e)碳纖維:新(f)碳纖維:舊 95
圖 3- 45新/舊碳黑+碳纖維+油漆 電磁波遮蔽效應圖 96
圖 3- 46碳纖維 +碳黑(30nm,50nm) + 油漆實驗流程圖 96
圖 3- 47碳纖維 + 030碳黑+ 油漆 四點探針圖 97
圖 3- 48碳纖維 + 030碳黑+ 油漆 電磁波屏蔽效應圖 97
圖 3- 49碳纖維 + 050碳黑+ 油漆 四點探針圖 98
圖 3- 50碳纖維 + 050碳黑+ 油漆 電磁波屏蔽效應圖 98
圖 3- 51碳纖維 + 030,050碳黑+ 油漆 電磁波屏蔽效應圖 99
圖 3- 52碳纖維 +碳黑+ 油漆 不同厚度 電磁波屏蔽效應圖 99
圖 3- 53碳纖維 +碳黑(直徑:50nm)+ 油漆 電磁波屏蔽效應圖 100
圖 3- 54碳纖維 +碳黑(直徑:50nm)+ 油漆 四點探針圖 100
圖 3- 55碳纖維 +碳黑+ 油漆 摻入羧甲基纖維素流程圖 101
圖 3- 56碳纖維 +碳黑+ 油漆 摻入羧甲基纖維素前後比較圖 101
圖 3- 57碳纖維 +碳黑+ 油漆 摻入羧甲基纖維素前後附著性比較圖(左)無羧甲基纖維素(中)0.5%羧甲基纖維素(右)2%羧甲基纖維素 102
圖 3- 58碳纖維 +碳黑+ 油漆+羧甲基纖維素 電磁波屏蔽效應圖 102
圖 3- 59碳纖維 +碳黑+ 油漆+羧甲基纖維素厚度:300μm 電磁波屏蔽效應圖 103
圖 3- 60碳纖維 +碳黑+ 油漆+羧甲基纖維素厚度:600μm 電磁波屏蔽效應圖 103
圖 3- 61碳纖維 +碳黑+ 油漆+羧甲基纖維素SEM圖(a)10000倍(b)5000倍(a)1000倍 104
圖 3- 62碳纖維 +碳黑+ 油漆+未加羧甲基纖維素SEM圖(a)10000倍(b)5000倍(a)1000倍 104
圖 3- 63碳纖維 +碳黑+ 油漆+羧甲基纖維素 一底兩度圖(a)批土(b)防電磁波油漆(c)第一次面漆(d)第二次面漆 105
圖 3- 64碳纖維 +碳黑+ 油漆+羧甲基纖維素厚度:一底兩度 電磁波屏蔽效應圖 106
圖 3- 65模型小木箱 106
圖 3- 66 模型小木箱貼上防電磁波油漆之壁紙(a)無門窗(b)有門窗 107
圖 3- 67碳纖維 +碳黑+ 油漆+羧甲基纖維素厚度:塗佈在壁紙 電磁波屏蔽效應圖 107
圖 3- 68電磁波量測儀器(可攜式) 108
圖 3- 69碳纖維 +碳黑+ 油漆 大量製造 電磁波屏蔽效應圖 108
圖 3- 70 測量點距離無線網路放大器示意圖 109
圖 3- 71碳纖維 +碳黑+ 羧甲基纖維素+油漆 耐久耐熱測試後 電磁波屏蔽效應圖 114
圖 3- 72導割規 114
圖 3- 73碳纖維 +碳黑+ 羧甲基纖維素+油漆 之剝離測試(a)第一個地方切割(b)第二個地方切割(c)第三個地方切割 115
參考文獻 參考文獻
[1] T. W. Ebbesen, H. J. Lezec, ”Electrical conductivity of individual carbon nanotubes,”Nature,382(1996)54~56
[2]H. W. Zhu,C. L. Xu,D. H. Wu, ”Direct synthesis of long single-walled carbon nanotube strands,” Science,296(5569)( 2002)884~886
[3] T.V. Hughes and C.R. Chambers, “Manufacture of Carbon Filaments,” US Patent No. 405, 480, (1889).
[4] R. M. Greshham,. “EMI/RFI Shielding of plastics,” Plating and Surface Finishing,81,(1988) 63~69.
[5] G. G. Bush,” Measurement techniques for permeability, permittivity and EMI shielding: a review,” IEEE International Symposium, (1994) 333.
[6] L. Ferraris and W. Chang-Yu,"EMI shielding-common problems and containment strategies,” Electromagnetic Compatibility Proceeding,2A, (1997) 86.
[7]廖秋峰,詹益松,”ESD消除及EMI屏蔽材料,”工業材料161期, (2000) 163~176
[8]N. V. Mandich,” EMI shielding by electroless plating of ABS plastics Plating ,”Surface Finish, 81,(1994) 60.
[9]卓聖鵬(編譯),” EMC的基礎和實踐”,全華書局, (1998).
[10] http://ivy1.epa.gov.tw/nonionized_net/EME/safety.aspx
[11]余寄仲,柯文松,”電磁波吸收及屏蔽材料介紹,” 工業材料,178期, (2001) 107~112.
[12]吳漢標, 陳翊民, “微波吸收材料性質分析與應用,” 工業材料, 128期, (1997)143~149.
[13] H. W. Kroto﹐J. R Heath﹐S﹒C﹒O’Brien﹐R﹒F﹒Curl﹐R﹒E﹒Smalley﹐" Reactivity of Large Carbon Clusters: Spheroidal Carbon Shells and Their Possible Relevance to the Formation and Morphology of Soot ,” Nature , 318, (1985) 162.
[14] S. Iijima﹐” Helical microtubules of graphitic carbon , “ Nature, 354,
(1991) 56.
[15]T. W. Odom,J. L. Huang,P. Kim,”Atomic structure and electronic properties of single-walled carbon nanotubes,” Nature,391,(1998)62~64
[16]M. S, Dresslhaus, G Dresselhaus , R. Saito,”Physics of Carbon Nanotube,” Carbon,Vol. 33,NO. 7, (1995) 883-891
[17] J. Chen, M. A. Hamon, H. Hu, Y. Chen , A. M. Rao, P. C. Eklund , R. C. Haddon , “Solution Properties of Single-Walled Carbon Nanotubes, “ Science,282,(1998) 95~98.
[18] H. Peng, L. B. Alemany, J. L. Margrave, V. N. Khabashesku, “Sidewall Carboxylic Acid Functionalization of Single-Walled Carbon Nanotubes,” J. Am. Chem. Soc., 125 , (2003) 15174~15182.
[19] H. T. Ham, Y. S. Choi, I. J. Chung, “Singlewall carbon nanotubes covered with polystyrene nanoparticles by in-situ miniemulsion polymerization, “J. Poly. Science . , 286, (2005) 216~223.
[20] B. McCarthy, J. N. Coleman, R. Czerw, A. B. Dalton, “A microscopic and spectroscopic study of interactions between carbon nanotubes and a conjugated polymer,” J. Phys Chem. ,B 106, (2002) 2210~2216.
[21] S. C. Tsang, Y. K. Chen, P. J. F. Harris, M. L. H. Green, “A simple chemical method of opening and filling carbon nanotubes “, Nature, 372, (1994) 159~162.
[22] E. T. Mickelson, I. W. Chiang, J. L. Zimmerman, P. J. Boul, J. Lozano, J. Liu, R. E. Smalley, R. H. Hauge, J. L. Margrave, ” Solvation of Fluorinated Single-Wall Carbon Nanotubes in Alcohol Solvents, “ J. Phys. Chem. ,B103, (1999) 4318.
[23] L. Jiang, L. Gao, and J. Sun, “Production of aqueous colloidal dispersions of carbon nanotubes,” Journal of Colloid and Interface Science, 260, (2006) 89~94.
[24] N. Li, Y. Huang, F. Du, X. He,X. Lin, H. Gao, Y. Ma, F. Li, Y. Chen, “Electromagnetic Interference (EMI) Shielding of Single-Walled Carbon Nanotube Epoxy Composites,” Nano Letters,6, (2006)1141~1145.
[25] Y. Yang, M. C. Gupta,. K. L. Dudley,” Towards cost-efficient EMI shielding materials using carbon nanostructure-based nanocomposites,” Nanotechnology, 18, (2007)4.
[26] C.S. Zhang, Q. Q. Ni, S. Y. Fu, K. Kurashiki,” Electromagnetic interference shielding effect of nanocomposites with carbon nanotube and shape memory polymer” Composites Science and Technology ,67, (2007) 2973~2980.
[27] H. Chen, H. Muthuraman, P. Stokes, J. Zou, X. Liu, J. Wang, Q. Huo, S. I. Khondaker, L. Zhai,” Dispersion of carbon nanotubes and polymer nanocomposite fabrication using trifluoroacetic acid as a co-solvent,” Nanotechnology, 18, (2007) 9
[28]M. F. Islam, E. Rojas, D. M. Bergey, A. T. Johnson, and A. G. Yodh,” High Weight Fraction Surfactant Solubilization of Single-Wall Carbon Nanotubes in Water,” Nano Letters,3(2),(2003)269~273
[29] N. C. Das, T. K. Chaki, D. Khastgir,” Electromagnetic Interference Shielding Effectiveness of Conductive Carbon Black and Carbon Fiber-Filled Composites Based on Rubberand Rubber Blends,” Advance in Ploymer Technology,20,(2001)226~236
[30]N. A. Aal, F. El-Tantawy, A. Al-Hajry, M. Bououdina,” New Antistatic Charge and Electromagnetic Shielding Effectiveness from Conductive Epoxy Resin/Plasticized Carbon Black Composites,” Polymer Composites,29,(2008)125~132
[31]陳建誠,”奈米材料改質和摻雜建築材料油漆對電磁波之研究,”國立成功大學航空太空工程研究所碩士論文,(2009)25~38
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