pdms微反应器应用於金奈米微粒合成之研制

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1、个人收集整理仅供参考学习PDMS微反應器應用於金奈米微粒合成之研製楊啟榮1、施建富1、林宏展1、李明承1、郭文化21國立臺灣師範大學機電科技學系2私立東南技術學院機電科技學系7/7个人收集整理仅供参考学习摘要奈米微粒(nanoparticles)之研製為目前奈米科技重要地一環，其中金奈米微粒由於其大小、光學性質、表面化學性質及無毒等特性，故被廣泛應用於光電科技、生醫檢測方面地研究.PDMS微反應器具有生物相容性高、可控性佳、可批次化生產及易於觀測等優點，預期將能改善傳統合成法之粒徑分佈不均、控制不精確等問題，達成反應器控制精確及金奈米微粒可批

2、次生產等目地.因此本研究特以微機電中之SIGA製程技術，研製PDMS微反應器(microreactor)，並由流體數值分析(computationalfluidicdynamics,CFD)軟體地模擬結果得知，研究中所設計之微反應流道流率在150ml/min-370ml/min地範圍內有較佳地混合效果.b5E2RGbCAP於矽模地蝕刻過程中，藉由添加界面活性劑(surfactant)Br+IPA於非等向性濕式蝕刻(anisotropicwetetching)之技術，改善使用單一添加劑時地缺點，使得蝕刻底切比率降低至0.563，蝕刻粗糙度達到2

3、3.48nm，成功蝕刻出所需之矽模.最後將完成之元件實際進行金奈米微粒地混製，在13-14V地電壓驅動下，白金微加熱器能提供約120°C之加熱溫度，達到反應所需之熱能，並且在注射幫浦注射流率為8ml/min地條件下，成功混製出吸收波長約為545nm之金奈米微粒.p1EanqFDPw關鍵詞：金奈米微粒、SIGA製程、PDMS微反應器、矽模、界面活性劑、白金微加熱器.1.前言金奈米微粒因其特殊之材料性質及尺度效應，故受到觸媒材料、生醫檢測標示等領域地重視.以微流體系統合成奈米微粒地想法，於2002年由A.J.deMello等人[1]首度提出，此篇

4、論文之概念即為將巨觀反應系統微小化.雖然利用微流體系統製備奈米級微粒地技術已發展數年，但研發者著重於化學合成地特性探討，對於反應元件地適用性與整合度未做深入探討，再者，其研發之反應元件多用玻璃或矽等為基材，在加工及成本上都有其困難性.因此本研究透過發展已趨成熟地微機電技術為基礎，研製一低成本且適用於合成奈米微粒之微反應器，並將整合加熱器、溫度感測器於同一系統.期望能達到高反應環境地均質性、精確控制反應條件、高系統穩定性、低耗能及樣品用量、節省製造成本等優點，以提升奈米微粒之製備環境.DXDiTa9E3d1.1微反應器之設計本研究採用PDMS作

5、為微反應器流道之主要結構，除了符合需求外，更有降低成本之優點.混合流道是採用交替旋轉流(alternatingwhirlflow)與層壓流(laminationflow)地方式進行混合作用，根據文獻[2]之研究，此混合方式之三維結構地微混合器，主要地特點，在於使用微擾塊(microblocks)和分割流道(dividingchannels)造成交替之旋轉流及層流，有助於快速扭曲與拉長微流體界面，以達到加速混合地目地，且於低雷諾數(0.26-26)地情況下，相較於交錯魚脊型混合器(staggeredherringbonemixer)，減少了60

6、％地混合長度，在2.8-5.8mm地長度內即具混合效果.RTCrpUDGiT溫控模組佈置在整個反應槽地下方，以提供均勻之加熱，使整個加熱區上方地反應流道之溫度分佈能夠均勻.加熱器設計呈蜿蜒狀，為使之能夠有效降低此加熱器電阻值對溫度改變所產生地變化，其阻值應盡量設計得較小，並將操作電壓降低，讓溫度地控制更為穩定，不至於隨加熱功率地改變而震盪.5PCzVD7HxA1.2混合效率之分析與模擬混合效率之分析與模擬部份，擷取3mm之立體結構，用以分析混合效率，模型如圖一(a)(b)所示.工作流體部分選用乙醇與水分析混合之效率，並調整流道入口之體積流率，

7、觀察不同流速下流體於立體結構中地混合效果.混合結果主要以流道截面上之乙醇濃度分佈情形判定，濃度地分佈越平均則混合效果越好.將流道截面上之乙醇濃度分佈以標準差(standarddeviation)之方式運算，標準差值大表示混合情形不均勻，反之則代表混合均勻.標準差公式如(1)式，其中σ為標準差、為流道截面上各點地乙醇濃度、值為平均濃度值.jLBHrnAILg(1)流速分析部份，以50ml/min、100ml/min、200ml/min、600ml/min、1000ml/min等五種流速分析微流道之混合效率，分析結果如圖二所示，顯示此種立體結構於

8、高體積流率時混合效果較佳，且經過3mm之立體結構後，五種流速之混合效果皆大幅提升.將此結果以數值法量化，標準差降低比率於50ml/min至200ml/min之流速，