指導教授：楊申語臺灣大學：機械工程學研究所劉林益Liu, Lin-YiLin-YiLiu2014-11-292018-06-282014-11-292018-06-282014http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/263227奈米結構的製作大多使用電子束、反應離子蝕刻等高能量束直寫達到次微米結構之製作，但設備、環境與人員操作的技術都高，且不容易做大面積奈米結構；陽極氧化鋁(anodic aluminum oxide, AAO)，簡單製程可以大面積製作奈米結構，十分適合工業運用。 本研究將純度99.999 %( 5N )與99.5 %( 2N )以及工業用1050和5052規格之鋁片經Multi-step不同電解液陽極氧化製程，得到陽極氧化鋁，第一次陽極處理使用草酸作為電解液，第二次以後陽極處理則改用磷酸作為電解液，透過不同的電解液所製作出來的陽極氧化鋁，奈米孔具週期性且規則排列。本研究接著以AAO鋁片做母模，將奈米結構製作於聚碳酸酯薄膜(PC film)表面，並透過田口法找出氣體輔助熱壓製程最佳參數。 接著使用此具奈米結構之PC薄膜作為基材，以TiO2為電極材料層，搭配固態電解質( PVA –Phosphoric acid ) 製作出具可撓性的超級電容。為驗證本實驗所製作出可撓性的超級電容的性能，進行循環伏安法量測。在掃描速率100 mV/s，無結構的超級電容比電容值為0.0075 μF/cm2 ( 0.00392 mF/g )，而三種有奈米柱結構的超級電容比電容值為0.0099 μF/cm2 ( 0.0117 mF/g )、0.11 μF/cm2 ( 0.12 mF/g )與0.148 μF/cm2 ( 0.198 mF/g )，證實奈米結構大幅提升製作可撓性的超級電容之性能。Most nanostructures are fabricated using electron beam (E-Beam), reactive ion etching (RIE) with high-energy beam direct write lithography to achieve the production of sub-micron structures. The high cost and long processing time prevent the application of nanostructures in industry. Anodized Aluminum Oxide(AAO) can provide large-area ordered nano-pores at relatively low cost. This study first attempts to improve the process. There are 2 type substrates used. One is aluminum of high purity : 99.999%(5N) and 99.5%(2N). The other is standard aluminum 1050 and 5052 that are used in the industry. Conventional AAO used the same electrolyte for the first and second anodizations. In this study, different electrolytes are used: 0.3M oxalic acid in the first anodization and 0.1M phosphoric acid in the second (and third) anodization . This different solution treatment has better arrangement than the conventional two-step process using the same electrolyte. Furthermore, by using Taguchi method, we optimize the gas-assisted hot embossing process for fabrication of the best nano-pillar on PC films. This nanostructures produced in polycarbonate film (PC film) surface can reduce the reflectivity to 0.99 %. A solid-state supercapacitors using PC film of nanostructures as electrodes for TiO2 nanoparticle was made. The specific capacitance of the supercapacitors with the best nanopillar structures as electrode is 0.148 μF/cm2 ( 0.198 mF/g )﹐while that without nanostructures is 0.0075 μF/cm2 ( 0.00392 mF/g ). This study proves the potential of using AAO nanostructures for enhancing the capacitance of solid-state supercapacitors.口試委員會審定書 # 誌謝 i 摘要 ii ABSTRACT iii 目錄 iv 圖目錄 viii 表目錄 xiii 第一章 導論 1 1.1 前言 1 1.2 奈米結構製作方式 1 1.3 陽極氧化鋁(AAO)製作奈米孔洞 1 1.4 傳統微熱壓成型 2 1.5 流體輔助壓印技術 4 1.6 儲能元件 6 1.7 研究動機與目標 9 1.8 論文架構 10 第二章 文獻回顧 11 2.1 陽極氧化鋁(AAO)的發展 11 2.2 陽極氧化鋁與奈米孔洞製程 15 2.2.1 本節結論 20 2.3 奈米結構之應用 21 2.3.1 表面能改質 21 2.3.2 抗反射 22 2.4 電化學電容器 25 2.4.1 電化學電容器工作原理 25 2.4.2 電極材料 27 2.4.3 電化學電解液 35 2.4.4 電化學電容器之量測分析 37 2.4.5 本節結論 39 2.5 本章結論 39 第三章 實驗設置 40 3.1 實驗流程規劃 40 3.2 陽極氧化鋁奈米結構製作之設備 41 3.2.1 基材與陽極氧化設備 41 3.2.2 陽極氧化電解槽與低溫循環系統 42 3.2.3 加溫磁石攪拌器 43 3.2.4 直流電壓供應器 44 3.3 氣體輔助熱壓製程 45 3.3.1 熱壓機 45 3.4 量測設備 46 3.4.1 離子鍍金機 46 3.4.2 場發射掃描式電子顯微鏡 46 3.4.3 光譜儀 47 3.4.4 恆電位電流儀 48 第四章 陽極氧化鋁製程改善與大面積複合結構製作 49 4.1 Two-step 相同電解液陽極氧化鋁製程 49 4.1.1 鋁片前處理 50 4.1.2 陽極氧化鋁製程 51 4.2 Two-step不同電解液陽極氧化鋁製程之模具製作 53 4.2.1 一次陽極處理電解液為磷酸，二次陽極處理電解液為草酸 53 4.2.2 一次陽極處理電解液為草酸，二次陽極處理電解液為磷酸 56 4.3 Three-step不同電解液陽極氧化鋁製程之模具製作 59 4.3.1 一次陽極處理電解液為草酸，二次與三次陽極處理電解液為磷酸之Three-step陽極氧化鋁製程 59 4.4 大面積微奈米複合結構之陽極氧化鋁 61 4.5 本章結論 67 第五章 具微/奈米結構之PC film製作 68 5.1 氣體輔助熱壓製程 68 5.2 田口法介紹 70 5.3 氣體輔助熱壓參數探討 72 5.4 反射率量測 76 5.5 本章結論 77 第六章 固態超級電容元件製作 78 6.1 超級電容製作 78 6.2 AAO模具氣輔熱壓PC Film 製作超級電容 82 6.3 可撓式電極有奈米結構與無結構之超級電容探討 86 6.3.1 量測架設 86 6.3.2 電極有無奈米結構之循環伏安 88 6.3.3 充放電量測與穩定性 95 6.4 本章結論 97 第七章 結論與未來展望 98 7.1 結論 98 7.2 未來展望 99 REFERENCE 1008644659 bytesapplication/pdf論文公開時間：2017/08/21論文使用權限：同意有償授權(權利金給回饋學校)陽極氧化鋁氣體輔助成型可撓性固態電解質超級電容thesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/263227/1/ntu-103-R01522729-1.pdf