學術報導-噴霧裂解技術的應用


學術報導-噴霧裂解技術的應用

 
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施劭儒教授-國立臺灣科技大學材料科學與工程系 Mail: shao-ju.shih@mail.ntust.edu.tw
今年於厚膜製程中,噴霧裂解法(Spray Pyrolysis)打敗傳統固態反應製程(Conventional Solid-State Process)及溶膠凝膠法(Sol-Gel Method)脫穎而出。主要原因為雖然傳統固態製程可以量產,但是此製程對於純度及成分控制薄弱;而雖然溶膠凝膠法可以準確控制材料化學成分及純度,但是其批次製程缺乏大量生產工業化的潛力。而噴霧熱解法的優點在於常壓下就可進行連續式的製程,將析出、熱解及燒結合併,直接製造化學成分均一的顆粒[1];而理想的則有結合固態反應量產及溶膠凝膠法精準控制化學成分的優點。圖一為噴霧裂解設備之示意圖。噴霧熱解設備包括超音波液滴產生器 (Ultrasonic Generator)、管狀爐(Tube Furnace)、冷卻水(Cooling water)、濾紙(Filter)和抽氣幫浦(Pump)等等。將配製好的先驅物溶液,經由超音波液滴產生器造霧形成細小液滴,將氣流通往裝有石英管之三區段控溫管型加熱爐,當含有先驅物溶液之液滴通過石英管後經過溶劑蒸發、溶質過飽和析出、熱解與氧化反應後,即可以靜電集塵器收集粉體。顆粒的化學成分取決於先驅物溶液的配製,利用此技術可以很容易的控制顆粒中化學計量比,此技術可製備許多材料包含:金屬顆粒[2]、非氧化物陶瓷顆粒[3]及複合顆粒[4]。此外噴霧熱解技術也可以藉由改變不同前驅物或溶劑,來生成不同形貌的顆粒,如圖二所示[5]。而此技術也已經被應用於氣體感測器(詳見圖三)[6]及固態氧化物燃料的電解質[7]。由以上介紹可知噴霧裂解法於厚膜產業上應用將日益重要
           
圖一、噴霧熱解法設備示意圖。[8]                              圖二、噴霧熱解法制備出不同形貌之氧化物顆粒示意圖。[5]
 
圖三、氧化鋯摻雜二氧化鈰粒為基底之(a)含OMM(b)包含OMM及TCM材料之氧氣感測器。 (OMM及TCM分別代表Oxygen Partial Pressure Measurement Materials 及 Temperature Compensating Materials)。[6]
 
 
 
References