TW201016920A - Fibers including nanoparticles and a method of producing the nanoparticles - Google Patents

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201016920 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明大體上係關於一種奈米粒子。更明確地，本發明 係關於一種自光致發光之矽組合物製得之奈米粒子，及亦 關於一種自該矽組合物製造該等奈米粒子之方法。 【先前技術】 奈米粒子及製造奈米才立+之方*已為㉟習奈米技術者所 知，並在多種應用中（包含光學、電子學、及生物醫學應 • 帛）具有巨大應用潛力。奈米粒子為-種其中至少-維小 於100奈米之粒子，且自最初大於奈米粒子之塊材，或自 小於奈米粒子之粒子（諸如離子及/或原子）製得。奈米粒子 之獨特性在於其具有不同於衍生出該等粒子之塊材或更小 粒子的特性。例如，若呈奈米粒子形式，《當絕緣體或半 導體之塊材可導電。 一種以塊材為起始物製造奈米粒子的方法為摩擦法。在 此方法中，使塊材於沉積於研磨機中（例如球磨機、行星 式研磨機 '礙磨機等），II此將塊材縮減為奈米粒子及其他 較大粒子。可藉由風篩機，使奈米粒子與其他更大粒子分 離。然而，用於研磨設備之現存研磨機通常並非特定適以 形成奈米粒子。例如，研磨機會自外部來源引進雜質，亦 因研磨機磨損而引進雜質。該等雜質可對奈米粒子的特性 產生不良影響，且使得奈米粒子與其他更大粒子的分 得困難。 亦可藉由脈衝雷射進行雷射剝離法製得奈米粒子。在雷 142786.doc 201016920 射剝離法中，將金屬塊材置於水溶液及/或有機溶劑中， 並暴露金屬塊材於脈衝雷射（例如銅蒸汽或摻雜鈥之釔鋁 石權石）。藉由雷射輻射使奈米粒子自金屬塊材上剝離， 並隨後於水溶液及/或有機溶劑中形成懸浮液。然而，脈 衝雷射昂貴，且由雷射剝離法製得之奈米粒子通常僅限於 金屬奈米粒子。 具有光致發光特性之奈米粒子（例如矽奈米粒子、碳化 石夕奈米粒子、及碳奈米粒子）已為許多研究之靶向，此點 部份基於該等奈米粒子有潛力用於多種不同用途，諸如螢 光生物成像、半導體、微晶片、及光學器件。目前，染料 係用於螢光生物成像。染料在光激發、暴露於光、及/或 高溫下降解。然而’在相似的條件下，奈米粒子不發生降 解’因此，較之現有用於螢光生物成像的染料，奈米粒子 具有極佳性能。另外，如上所述，除螢光生物成像外，具 有光致發光特性之奈米粒子還有潛力用於其他用途。 目前製造具有光致發光特性之奈米粒子的方法為電化處 理法。在典型電化處理法中，形成含氫氟酸、過氧化氫、 及甲醇之溶液。將始陰極置入該溶液’且將石夕陽極緩慢置 入該溶液，此時在鉑陰極與矽陽極之間引入電流。於石夕陽 極表面上形成矽奈米粒子。隨後將矽陽極浸入溶劑浴或藉 由超音波處理’使梦奈来粒子自石夕陽極分離。該方法繁 複、昂貴、需要大量實驗室設備，且一批僅產生非常少量 之矽奈米粒子。因此，通常需要提供一種製造具有極佳特 性且適用於多種用途之奈米粒子（包括矽奈米粒子）之方 142786.doc 201016920 法。 就前述觀點而言，宜提供一種具有（除了其他已改良的 物理特性外）極佳光致發光特性之奈米粒子。宜進—步提 供一種製造該等奈米粒子之方法’以便自多種材料及材料 之摻合物製得大量奈米粒子。 【發明内容】

本發明揭示一種製造奈米粒子之方法。本發明亦包括含 有奈米粒子之纖維。該等纖維係利用一種電紡絲裝置對= 組合物進行電纺絲而製得。熱解纖維，產生奈米粒子。各 米粒子係產生於纖維内及/或纖維上。 本發明提供一種以最少的步驟製造大量奈米粒子之方 法。可調整熱解步驟之參數，以製造具有用於特定設備之 所需大小的奈米粒子。另外，與現有使用雷射之方法相比 較’熱解步驟不需要昂貴或特殊的實驗設備。本發明之奈 米粒子亦具有極佳光致發光特性’其使得該等奈米粒子極 適用於許多用途（包含光學、電子、及生物學用途）。 【實施方式】 本發明提供一種含有奈米粒子之纖維、一種自纖維單離 之奈米粒子、及一種製造該等奈米粒子之方法。奈米粒子 係光致發光’且有潛力用於許多用途’包含但不限於：光 學、電子、及生物學用途。 為形成纖維，故提併梦組合物，且利用電紡絲設備進行 電紡絲。如文中所用，術語「矽組合物」包含所有具有至 少一個矽原子之任一組合物。該矽原子可為側接在聚合物 142786.doc 201016920 可為聚合物骨架之一部份。 ;該矽組合物可包含，例如 另 二 骨架上之取代基或該矽原子 外，矽組合物不限於聚合物 矽烷。適用於本發明之矽組合物可包含，但不限於氫倍半 石夕氧烧（hydrogen silsesqui〇Xane)、甲基倍半秒氧烧（韻㈣ 、二矽烷、聚矽烷、具有至少一個發原子 之甲苯二酚、及其組合。 該石夕組合物通常具有通用結構 R—Si Η 其中R可為任—基團且不限於有機基團；1中斷㈣鍵為 視而要存在’且不限於—個鍵H ♦原子可僅與R鍵 合。另外’中斷㈣鍵可代表複數個鍵，諸如在倍半石夕氧 烧中’其中除R鍵外’石夕原子通常還與三個氧原子鍵合。 中斷的石夕鍵亦可代表單鍵、雙鍵、及/或參鍵。 當石夕組合物包含至少一個碳原子(例如R為有機基團) 時’除上切奈米粒子外，由此製得之奈錄子還可含有 碳奈米粒子與碳切奈来粒子。㈣奈米粒子、碳奈米粒 子、及碳切奈米粒子外，藉由本發明之方法製得之令米 粒子的其他實例包括SiC4奈米粒子、SiC3〇奈米粒子、

SlC2〇2奈米粒子、SiC〇3奈米粒子、及Si〇4奈米粒子。 石夕組合物可呈粉末形式。切組合物呈粉末形式時，於 妙組p物進打電紡絲法形成纖維前H组合物可溶解於 溶劑^該溶劑通常為有機溶劑，且可為相關技術中已知 之任一有機溶劑，只要該有機溶劑能夠溶解呈粉末形式之 石夕組合物。在—項實施例中’有機溶劑相，諸如甲基異 142786.doc 201016920 丁：。應瞭解’該石夕組合物可溶解於兩種或兩種以上溶劑 ,p冷劑之摻合物^在♦組合物溶解於有機溶劑之實施 例t ’矽組合物之含量可 5星J占大於零且小於1〇〇的任何量。 基於1 00重量份之梦組合物 0物與溶劑，矽組合物之含量通常 占5至95重量份，更诵堂上 占65至85重量份，最通常占70至 80重量份。 由矽組合物使用電紡絲 維可A繃右七το 情進仃電纺絲，幵）成纖維。、纖 ❹ 深J為織布或不織布。在— 一 隹項實施例中（如圖1-3及5-7所 不）纖維為不織布。如該等 , 寸圃不所圖解，纖維之直徑範圍 通常為1至200 μηι，更通常 ，。然而，纖維可在不… 帛通常為12至67 脫離本發明範圍内具有任-直 4工。通常，如圖5所圖解 3 t 解纖維的直徑有變化且不均一。 另外’纖維可在不脫離太鉻 域離本發明範圍内具有任_ 如，如圖5所圖解，纖維可為連續。 可藉由相關技術中已知夕权 甲已知之任—方法提供矽組合 如’矽組合物可整批送進雷 圯進電紡絲設備；半連續性 絲设備；及連續送進電紡絲設備。 、 電紡絲設備可為相關枯I由 奸攸 關技術中已知之任-電紡絲設備。電 紡絲設備通常包含噴嘴與捸齙崦. 又侑電

與遠離噴嘴之收集器。電紡彡H 可具有一或多個噴嘴及/或收集器。 已知之任一喷嘴m 冑嘴了為相關技術中 針頭m為噴絲頭、吸管、或含有 頌之/主射器。喷嘴·4 认 哭了自堵如不鏽鋼之金屬形妒 噴嘴亦可自相關技術中已知 成‘、、、、而， 坷千已知之其他材料形成。 洞。該孔洞可為任音形狀， 貰嘴限定孔 意开少狀且直徑通常為10至50,更通常 142786.doc 201016920 為20至40 ’最通常為30(以孔徑規(Gauge，G)表示大小）。應 瞭解可使用多個喷嘴形成纖維。例如，第一個噴嘴可具有 30孔徑規之孔洞，第二個喷嘴可具有5〇孔徑規之孔洞。可 同時使用第一種與第二種喷嘴，或先後使用，以形成不同 直徑之兩種纖維。 收集器可為相關技術中已知之任 諸如不鏽鋼之金屬形成。然而，收集器亦可自相關技術中 已知之其他材料形成。在一項實施例中，收集器為氧化凝 (Ah〇3)晶圓。在另一實施例中，收集器為矽及/或矽蓋 圓。收集器亦可包含不同材料之組合，諸如塗覆矽之氧处 銘°收集器可固定或移動，例如當該隸合物進行電纺絲 形成纖維時’相對於喷嘴旋轉。另外或替代性地當電約 絲該石夕組合物以形成纖料，噴嘴可係固定或可移動，例 如相對於收集器平移。應瞭解#形成纖維時，在—或多個 實例期間，喷嘴及/或收集器可由固定變化至移動或反 之亦然。移動喷嘴與收隼 纏㈣… 再興收票器中的至少-者可適用於在形成 纖維4間控制纖維的形成方向。 噴嘴可距收集器任—μ 離為 距離。通P喷嘴距離收集器的距 至1〇〇，更通常為10至40，最通常丄 (cm\ . ^ 取通嘗為20至30釐米 )在一項實施例中，當兮石々&人ι 纖唯a# S 5亥矽組合物進行電紡絲以形成 纖維時’喷嘴與收集器相互 中，♦兮功知人&、 ’、持k疋距離。在其他實施例 ^ 、’ 〇物進行電紡絲形成， /¾ Φ 0#. ΙΑ- ^ ·.”時 可增加及/或 噴嘴與收集器間的距 中，W _L、應瞭解可在一或多個例子 ，成纖維期間變化距離。 142786.doc 201016920 ❹ ❹ 。在噴嘴與收集器間通常會產生電位。然而，應瞭解收集 器可月b不為電位之一部份。例如，收集器可位於喷嘴與另 一個收集器之間，其中電位係在噴嘴與另-個收集器之 間。可藉由相關技術中已知之任一方法產生電位。例如， 可藉由-或多個附接至喷嘴及收集器之電源產生電位。應 瞭解⑽的電源可分別附接至喷嘴與收集器。該電源應可 $供Γ7電壓以產生電位。該電位可為任何電壓。該電位通 承為1至⑽’更通常為2G至4G，及最通常為25至35千伏特 ()咸了解，形成纖維期間之電位可恆定或變化。 項實施你J中，#該石夕組合物進行電纺絲形成 時，對石夕奴合物施加壓力。該壓力可為任一塵力。可藉由 相關技術令已知之任—方法對石夕組合物施加麼力。例如， 可藉由附接噴嘴之泵對發組合物施加壓力。若使用麗力來 成纖維，形成纖維期間之壓力可恒定或變化。 ’ 壓力與引入及/或通過喷嘴的石夕組合物之流速有關。例 器可= 二Τ'”·独合物給喷嘴。該進料 了為相關技術中已知之任—進料器。流速可為任—法

速。石夕組合物之流速通常為每分鐘大於⑴⑽毫升L 2自0.01至10,最通常為〇_1至一♦應瞭解二 成纖维期間之流速可恒定或變化。 形 =瞭解H組合物溶解於溶劑中時，該梦組合 物藉由電纺絲設備:二2項實施例中，當該發組合 維 知電紡料，通«發㈣，形成纖 ’— 在ο矽組合物進行電紡絲之前及/或期間，矽 142786.doc 201016920 :。物可不含任何溶劑並可熔化 相^組5物具有 於溶鈿p ;於層c)時，梦組合物不需先溶解 化再逆、隹發 好糸在誤實施例令，石夕組合物可先熔 化m 谓次該矽組合物可在電紡絲設備内熔 形二可::::r:r組合物，其在電紡絲 方法為炼化.電訪絲。l在相關技術中，通常稱該 纖=1明:，已確定於特定參數下之熱解纖維，製造於 子可由纖維囊封及/或粒子。藉由熱解纖維製得之奈米粒 等夺乎粒子不由输及/或奈米粒子可與纖維接觸，以致該 太丄卡粒子，其自纖維上出現部份突出。㈣解 奈米粒子之大小為多個變數之函數，包人=丨應瞭解 ... 包含纖維之直徑。因 數，以形成具有所需直 τ整電纺絲設備之參 粒子之大小具有直接關聯維之直徑通常與奈米 及/咬當纖維直經增加，在其中 及戍其上製造之奈米粒子的大小亦增加。 可在矽組合物進行電紡絲形成 者，當藉由電紡絲形成纖㈣《熱解纖維。或 ㈣，下文中僅Γ一 = 漿處理纖維。僅供闡述之 方法。 加熱與電衆處理熱解纖維之 在一項實施例中， 熱解纖維之步驟包含加熱纖維 可依 142786.doc 201016920 相關技術中已知之任一方法加熱纖維，包括但不限於快速 熱處理、感應電爐、管狀爐、真空爐、供箱、及微波爐。 、實施例中，在惰性或還原氛圍中進行熱解纖維之步 驟。使用惰性或還原氛圍，使纖維及/或奈米粒子之氧化 降至最低及/或消除。惰性或還原氛圍通常包含氮氣、氫 耽、氦氣、氬氣、及其組合。 在一項包括加熱熱解纖維步驟的實施例中，通常加熱纖 、維至彻至测’更通常為觸至謂，最通常為画至 17啊。通常以大於每分鐘代之速率，使纖維溫度自室 溫增加至彻至25_之溫度。在一項實施例中，速率為 每分鐘25。(：。當纖維加熱至4〇〇至25〇〇<t之溫度時加孰 纖維一段時間，通常為〇.liL20,更通常為〇5至5，最通常 為0.8至3小時。應瞭解達到々⑼至“⑼它之溫度後的加熱 纖維時間不包括纖維溫度以每分鐘5乞之速率增加之時 間。依據所選之速率以及周溫與最終溫度，即可計算提高 0 纖維溫度時的時間。 應瞭解，如上所述，藉由熱解步驟製得之奈米粒子的大 小通常為多個變數之函數，包括加熱纖維之溫度。因此， 熟習此項技術者可調整熱解纖維步驟之參數，以製造具有 所需大小之奈米粒子。本發明中製得之奈米粒子之平均直 徑通常為大於〇及至500奈米。在一項實施例中，其中熱解 纖維的步驟包括加熱纖維至4〇〇至25〇(rc之溫度，加熱纖 維至800至1400¾之溫度所製造的奈米粒子之平均直徑為 大於〇及至7奈米。類似地，應理解當熱解纖維之步驟包括 142786.doc 201016920 加熱纖維至400至2500°C之溫度時，加熱纖維至400至 800°C之溫度可製造具有大於〇及至7奈米之平均直徑的奈 米粒子；然而’在較低溫度下（亦即400至800。〇加熱纖維 通常需要加熱纖維更長一段時間，例如5小時，而並非當 加熱至800至1400。(：時之2小時。當熱解纖維之步驟包括加 熱纖維至400及至2500X：之溫度時，加熱纖維至大於14〇〇 及至25 00°C之溫度可製造具有大於7及至5〇〇奈米之平均直 徑的奈米粒子。例如，當在150(TC之溫度加熱纖維時，製 得具有50至80奈米之平均直徑的奈米粒子。當加熱纖維至 1700°C之溫度時，製得具有ι3〇至ι7〇奈米之平均直徑的奈 米粒子。應理解如文中所用之短語「平均直徑」意指每一 奈米粒子之最小空間量度。另外，奈米粒子可具有非對稱 形狀或非球形。例如，至少一個奈米粒子可類似於具有】〇 微米之長度與5奈米之寬度的管狀物，且該管狀物仍在本 發明之奈米粒子範圍内’因為該管狀物的直徑為5奈米。 通常’當熱解纖維之步驟包含加熱纖維時，伴隨二氧化 矽製得奈米粒子。換言之，具有奈米粒子分散於其中及/ 或其上之纖維包含二氧化矽。另外，雖然纖維包含二氧化 矽且包括奈米粒子，但是在熱解纖維步驟期間或之後的任 又，纖維通常不發生結構上的降解。由於含有奈米粒 子之纖維的導電性，故而含有奈米粒子之纖維可用於諸如 微晶片之用途。 如上文所指出，在另一實施例中，熱解纖維之步驟包含 電漿處理纖維。電漿處理係以電漿撞擊纖維。通常，熱解 142786.doc 12 201016920 纖維之步驟包括在低於400°C之溫度下電漿處理纖維，更 通常為在25至350°C下，及最通常為在25至2001：下。在低 於4〇(TC之溫度下電漿處理纖雉一段時間，通常為大於〇及 至10,更通常為2至8,最通常為4至ό分鐘。包含電漿處理 纖維之熱解步驟可使用相關技術中已知之任一電浆。在一 項實施例中，該電漿為惰性或還原性電漿。例如，電漿可 為氫氣、氬氣、氮氣、及其組合。以電聚撞擊 維之化學類裂，製得奈録子。 ^ ^

如上所述，經熱解纖維之步驟後之包含奈米粒子之纖維 具有多種用途。換言之’纖維有許多應用。然而，奈米粒 子亦可與纖維分離。 分離奈米粒子之步驟通常包括以酸性溶液蝕刻纖維。酸 性溶液必須具充分腐録，以溶解包含二氧切且 米粒子》散於其中及/或其上之纖維。酸性溶液為水溶性 的且通常於去離子水中包含氫氟酸、硝酸、及其組合。在 項實細例中，酸性溶液包含占酸性溶液總重 %之氫氟酸。 重量 在本發明之—塌音 項實施例中，酸性溶液進一步包 劑。使用濕潤劑拎加醅&^ h 匕a濕潤 如’當酸性溶液位於鑰 積。例 Λ ± 於纖、、隹上時，易於形成小液滴，且田a 接觸表面積最小。各 因此 纖維間的接觸表面籍梯^ 生办液與 疋。因此，對於酸性 、，，持恒 含有濕潤劑之酸性二纖維間的相同的接觸表面積， 冷液比不具有濕潤劑之酸性溶液所需體 142786.doc 201016920 =二在—項實施例令’濕潤劑為醇類。該醇類可為相 [知之任—醇類。適宜醇類之—實例為乙醇。基 於酸性溶液之⑽體積份，醇類含量通常占酸性溶液之大 於〇直至心更通f為1G錢，最通常㈣越體積份。 以酸性溶液蝕刻纖維之步驟溶解包含二氧化矽且具有夺 :::分散於其令及/或其上之纖維，並形成具有奈米粒 刀於其中之餘刻溶液。钱刻纖維之步驟包括使酸性溶 液與纖維接觸。可傾倒或滴加酸性溶液於纖維之上或可 浸沒或安置纖維於酸性溶液中。在__項安置纖維於酸性溶 液之實施例中，酸性溶液可包含於相關技財已知之任一 用於包含高度腐㈣液體之容器中。為溶解纖維，通常使 纖維與酸性溶液接觸n60,更通常為⑽，最通常為 1至5分鐘。通常在室溫下使纖維與酸性溶液接觸。然而， 應瞭解’可在纖維與酸性溶液接觸之前及/或同時，'加熱 酸性溶液。另夕卜可對纖維、酸性溶液、或二者施加能量 (，諸如超音波能及/或超高頻超音波能），以增加纖維與酸性 溶液之相互作用，藉此増加纖維溶解於酸性溶液之速率。 應瞭解，在以酸性溶液蝕刻纖維之步驟之後，奈米粒子可 保留於底材上’亦即並非所有的奈米粒子均分散於姓刻溶 液中。 由於酸性溶液，蝕刻溶液（包括分散於其中之奈米粒子） 為腐蝕性。因此，蝕刻溶液之腐蝕性可能限制奈米粒子在 大多數使用奈米粒子之應用上之用途。因此，在一項實施 例中，本方法進一步包括使蝕刻溶液與有機液體混合之步 142786.doc -14- 201016920 驟。有機液體係用於降低蝕刻溶液與有機液體於混合時之 腐钱性。另外’有機液體與蝕刻溶液不互溶，且因此應瞭 解’混合蝕刻溶液與有機液體將導致兩相形成，例如蝕刻 溶液與有機液體。混合蝕刻溶液與有機液體誘導奈米粒子 自一相轉移至另一相，亦即自蝕刻溶液移至有機液體。奈 米粒子之固有物理特性誘導奈米粒子自蝕刻溶液轉移至有 機液體（例如非極性）。在一項實施例中’有機液體包含長 鍵煙’諸如辛烧。有機液體可包含有機液體之摻合物。例 如’若奈米粒子未充分自一相轉移至另一相（例如蝕刻溶 液至有機液體），則在混合有機液體與蝕刻溶液時，可使 用極性有機溶劑（諸如甲基異丁酮）使奈米粒子進一步自蝕 刻溶液移出。混合蝕刻溶液與有機液體之步驟可包括分開 步驟：混合蝕刻溶液與長鏈烴，且隨後混合蝕刻溶液與極 性有機溶劑。或者，混合蝕刻溶液與有機液體之步驟可包 括單一步驟，其中該有機液體包含長鏈烴且同時混合極性 有機溶劑與蝕刻溶液。在一項實施例中，其中混合蝕刻溶 液與有機液體之步驟包括分開步驟，於混合蝕刻溶液與極 性有機溶劑之前，先自蝕刻溶液中分離出長鏈烴。或者， 當混合其中之極性有機溶劑時，長鏈烴與蝕刻溶液可保持 混δ可藉由化學技術中已知之任一方法混合钱刻溶液與 有機液體，諸如振盪、攪拌、磁力攪拌、靜態攪拌機、渦 旋攪拌機'摻合器、等。例如，蝕刻溶液可置於燒瓶中， 且有機液體可置於其中。可藉由在燒瓶中安置一個瓶塞並 振盪混合蝕刻溶液與有機液體。如上所述，蝕刻溶液與有 142786.doc •15. 201016920 機1液·體將分成兩相，且奈米粒子分散於整個有機液體中， 而非蝕刻溶液中。 在項實施例中，該方法進一步包含分離蝕刻溶液與有 機液體之步驟。有機液體與蝕刻溶液通常不可互溶故可 物理性分離有機液體與蝕刻溶液。可藉由相關技術中已知 任方法分離有機液體與#刻溶液，包括物理性及/或 化學性分離法。由於蝕刻溶液與有機液體之不可互溶性， 在—項實施例中，藉由傾析法，使具有奈米粒子分散其中 的有機液體與敍刻溶液分離。 應瞭解，若需要’奈米粒子可自有機液分離及/或移 除。可藉由任一方法（諸如離心）使奈米粒子自有機液體中 分離及/或移除。 如上所述’奈米粒子包含碎奈米粒子。取決於石夕組合 物，奈米粒子可進一步包含碳奈米粒子、碳化矽奈米粒 子、及其組合。例如，當矽組合物包含氫倍半矽氧烷時， 藉由電紡絲與熱解氫倍半矽氧烷製得矽奈米粒子。當矽組 合物包含甲基倍半矽氧烧時，藉由電紡絲與熱解曱基倍半 矽氧烷製得矽奈米粒子、碳奈米粒子、及/或碳化矽奈米 粒子。如上所述，奈米粒子之平均直徑係取決於熱解參 數’諸如溫度與時間，以及纖維之直徑。然而，應瞭解具 有光致發光特性之奈米粒子通常具有大於0小於7奈米之平 均直徑。另外’應瞭解光致發光之顏色可為一些因素之函 數’包含奈米粒子之大小及該奈米粒子是否為矽奈米粒 子、碳奈米粒子、或碳化矽奈米粒子。光致發光之顏色可 142786.doc -16. 201016920 為任一顏色，諸如橙色、藍色、綠色、等。雖然可製得具 有大於7奈米之平均直徑之奈米粒子，但是具有大於7奈米 之平均直控之奈米粒子通常不顯示光致發光，且若如此， 貝J在誘導光致發光所需條件下便無法看見。然而具有大於 7不米之平均直徑的奈米粒子可用於彼等不需要光致發光 之用途，諸如用於半導體工業及/或印刷油墨工業。 為誘導奈米粒子之光致發光，可使用相關技術中用以傳 冑電磁輕射之任—方法。在—項實施射，對奈米粒子施 •〜紫外光，以誘導奈米粒子之光致發光。紫外光通常具有 250至400 nm之波長。圖4圖解根據本發明之方法製得之奈 米粒子的光致發光光譜，其中標準化強度為波長之函數， 激發光為365 nm。當每一奈米粒子吸收光子，引起激發奈 米粒子至較高能態，隨後回到較低能態並釋放光子時，奈 米粒子發生光致發光。應瞭解當自有機液體中分離後，當 分散於有機液體中時，當於蝕刻溶液中時，當於纖維中 籲 時，及當於收集器之纖維中時，奈米粒子顯示光致發光。 下列實例闡述形成纖維及製造本發明奈米粒子之方法， 其意於闡述而並非限制本發明。 實例 實例1 : 一種矽組合物包含氫倍半矽氧烷。依重量比3:1之氫倍 半石夕氧烧與甲基異丁酮比例，於甲基異丁酮中溶解氫倍半 石夕氧炫。使溶解於曱基異丁鋼之氫倍半石夕氧烧電紡絲至石夕 晶圓（亦即收集器）上，形成複數根纖維。噴嘴與收集器間 142786.doc -17- 201016920 之電位為30 kV。喷嘴與收集器間之間隙為25 cm。溶解於 甲基異丁酮之氳倍半矽氧烷通過噴嘴之流速為丨mL/min。 纺織纖維約1分鐘。藉由加熱熱解纖維，纖維係以 25 C /min之速率自周溫開始加熱’直至纖維達到之 溫度。在1200°C之溫度下，加熱纖維一小時。於包含氣氣 與氫氣之氛圍中（其為惰性且不含氧氣）熱解纖維，以形成 奈米粒子。利用包含1:1:1比例之49%氫氟酸：醇類：去離 子水的酸性溶液’藉由浸沒織維於酸性溶液中，飯刻纖 維’形成蝕刻溶液。藉由混合蝕刻溶液與包含辛烧與甲基 異丁酮之有機液體，自蝕刻溶液中移除奈米粒子。自姓刻 溶液中傾析出具有奈米粒子分散其中之有機液體。暴露奈 米粒子於365 nm之紫外光，在此期間，如下表1所示奈 米粒子顯示紅色光致發光。 實例2 : 一種包含氫倍半矽氧烷之矽組合物。依重量比3:1之氮 倍半石夕氧烧與甲基異丁酮比例，於甲基異丁酮中溶解氫倍 半石夕氧烧。使溶解於甲基異丁酮之氫倍半矽氧烷電紡絲至 矽晶圓（亦即收集器）上，形成複數根纖維。喷嘴與收集器 間之電位為30 kV。喷嘴與收集器間之間隙為25 em。溶解 於曱基異丁酮之氫倍半矽氧烷通過噴嘴之流速為工 mL/min。紡織纖維約丨分鐘。藉由加熱熱解纖維，纖維係 以25 C /min之速率自周溫開始加熱，直至纖維達到15〇〇。〇 之溫度。在1500°C之溫度下，加熱纖維一小時。於包含氣 氣與氫氣之氛圍中（其為惰性且不含氧氣）熱解纖維，以形 142786.doc •18· 201016920 成奈米粒子。利用包含1:1:1比例之49%氫氟酸：醇類：去 離子水的酸性溶液，藉由浸沒纖維於酸性溶液中，蝕刻纖 維，形成银刻溶液。藉由混合钱刻溶液與包含辛烧與曱基 異丁酮之有機液體，自蝕刻溶液中移除奈米粒子。自蝕刻 溶液中傾析出具有奈米粒子分散其中之有機液體。暴露奈 米粒子於365 nm之紫外光，在此期間，如下表1所述，奈 米粒子不顯示光致發光。 實例3 : 一種矽組合物包含甲基倍半矽氧烷。依重量比3:丨之甲 基倍半石夕氧烧與甲基異丁嗣比例，於甲基異丁酮中溶解甲 基倍半矽氧烷。使溶解於甲基異丁酮之甲基倍半矽氧烷電 紡絲至矽晶圓（亦即收集器）上，而形成複數根纖維。喷嘴 與收集器間之電位為30 kV。喷嘴與收集器間之間隙為25 cm。溶解於甲基異丁酮之甲基倍半矽氧烷通過喷嘴之流速 為1 mL/min。將纖維紡絲約i分鐘。藉由加熱熱解纖維， 纖維係以25°C /min之速率自周溫開始加熱，直至纖維達到 1200°C之溫度。在1200。(：之溫度下，加熱纖維一小時。於 包含氮氣與氫氣之環境中（其為惰性且不含氧氣）熱解纖 維’以形成奈米粒子。利用包含i:丨：丨比例之49%氫氟酸： 醇類：去離子水的酸性溶液，藉由浸沒纖維於酸性溶液 中，而蝕刻纖維，形成蝕刻溶液。藉由混合蝕刻溶液與包 含辛烷與曱基異丁酮之有機液體，自蝕刻溶液中移除奈米 粒子。自蝕刻溶液中傾析出具有奈米粒子分散於其中之有 機液體。暴露奈米粒子於365 nm2紫外光，在此期間，如 142786.doc -19- 201016920 下表1所述，奈米粒子顯示藍色光致發光。 實例4 : 一種矽組合物包含氫倍半碎氧烧與甲基倍半矽氧烧。氣 倍半矽氧烷與甲基倍半矽氧烷之重量比為3.75:1。於甲基 異丁酮中溶解氫倍半矽氧烷與甲基倍半矽氧烷。氫倍半石夕 氧烧與甲基倍半石夕氧烧之組合重量與曱基異丁酮重量之比 例為4:1。使溶解於甲基異丁酮之氫倍半矽氧烧與甲基倍 半矽氧烷電紡絲至矽晶圓（亦即收集器）上，形成複數根纖

維。喷嘴與收集器間之電位為30 kV。噴嘴與收集器間之 間隙為25 cm。溶解於曱基異丁酮之氩倍半矽氧燒與甲基 倍半石夕氧烧通過噴嘴之流速為1 mL/min。紡織纖維約丄分 鐘。藉由加熱熱解纖維，纖維以25。(： /min之速率自周溫開 始加熱’直至纖維達到1200X：之温度。在i2〇〇t之溫度 下，加熱纖維一小時。於包含氮氣與氫氣之氛圍中（其為 惰性且不含氧氣）熱解纖維，以形成奈米粒子。利用包含 1 · 1.1比例之49%風氣酸：醇類：去離子水的酸性溶液，藉 ❾ 由浸沒纖維於酸性溶液中，蝕刻纖維，形成蝕刻溶液。藉 由混合姓刻溶液與包含辛烷與曱基異丁酮之有機液趙，自 蝕刻溶液中移除奈米粒子。自蝕刻溶液中傾析出具有奈米 粒子分散其中之有機液體。暴露奈米粒子於365 nm之紫外 光，在此期間，如下表1所述，奈米粒子顯示綠色光致發 光0 實例5 : 一種包含氫倍半矽氧烷與甲基倍半矽氧烷之矽組合物。 142786.doc -20· 201016920

氫倍半硬氧烷與甲基倍半矽氧烷之比例為基於重量比之 3.75.1。於甲基異丁酮中溶解氫倍半石夕氧烧與甲基倍半梦 氧焼*。氫倍半矽氧炫•與甲基倍半矽氧烷之組合重量與甲基 異丁網重量之比例為4:1。使溶解於甲基異丁酮之氫倍半 碎氧烧與曱基倍半矽氧烷電紡絲至矽晶圓（亦即收集器） 上’形成複數根纖維。喷嘴與收集器間之電位為30 kV。 喷嘴與收集器間之間隙為25 cm ^溶解於甲基異丁酮之氫 倍半石夕氧炫與甲基倍半矽氧烷通過噴嘴之流速為1 mL/min。纺織纖維約J分鐘。藉由加熱熱解纖維，纖維以 25°C/min之速率自周溫開始加熱，直至纖維達到15〇〇它之 溫度。在150〇£>c之溫度下，加熱纖維一小時。於包含氮氣 與氫氣之氛圍中（其為惰性且不含氧氣）熱解纖維，以形成 奈米粒子。利用包含ηι:1比例之49%氫氟酸：醇類：去離 子水的酸性溶液，藉由浸沒纖維於酸性溶液中，蝕刻纖 維，形成蝕刻溶液。藉由混合蝕刻溶液與包含辛烷與甲基 異丁酮之有機液體，自㈣溶液t移除奈米粒子^自姓刻 溶液中傾析出具有奈米粒子分散其中之有機液體。暴露奈 米粒子於365 nm之紫外光’在此期間，如下h所述奈 求粒子不顯示光致發光。 表1 : 實例 1 1200 奈米粒子大 4 "~~~ 光顏色 2 1500 50-8^~ _紅色 3 Ϊ200 '~~~—~~~^__ Ϊ200 -Γ-— -~~~~^_ 5 1500 ---------1 50^80^~ --— ----^__ 142786.doc -21 - 201016920 如表1所不，藉由熱解纖維製得之奈米粒子之大小為熱 解溫度之函數。例如，實例1與實例2中之矽組合物相同， 而纖維（自矽組合物形成）之熱解溫度差異（例如12 0 0 °C相對 於1500°C )極大影響熱解纖維所製得奈米粒子的大小（例如* nm相對於50至80 nm)。類似結果見於實例4與實例$中此 -者皆使用相同之矽組合物。另外，矽組合物影響矽組合 物所升y成纖維藉由熱解製得之奈米粒子的光致發光顏色。 例如，實例1與實例4之矽組合物不同，但矽組合物所形成 纖維的熱解步驟之參數相同（例如12GGt)，而實例i之奈米 粒子的光致發光顏色為紅色及實例4之奈米粒子的光致發 光顏色為綠色。 已於文中舉例閣述本發明’且應瞭解所用之術語係說明 之性質並非限制。顯然，可依據上述教示，對本發明進行 多種修飾與改變。可於隨附申請專利範圍之範圍内，對本 發明進行不同於其明確說明的操作。 【圖式簡單說明】 可參考以下詳細閣述，及考慮附圖相關性， 發明之其他優點，其中： 更能理解本 之光學顯微 圖1為放大50倍之經電紡絲後的複數根纖維 鏡成像； 熱解纖維㈣後的包含奈…之 包含奈米粒子之 圖3為放大50倍之經蝕刻纖維步驟後的 纖維的光學顯微鏡成像； 142786.doc •22- 201016920 圖4為纖維之光致發光圖譜，其中標準化強度為波長之 函數。 圖5為放大50倍之纖維的SEM成像； 圖6為放大250倍之纖維的SEM成像；及 圖7為放大2000倍之纖維的SEM成像。

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Claims (1)

1. 201016920 七、申請專利範園： 1. 一種製造奈米粒子之方法，該方法包含下列步驟： 電纺絲一矽組合物以形成纖維；及 熱解該等纖維以製造奈米粗子。 2·如請求項1之方法，其中該熱解纖維之步驟包括在400至 2,500 C之溫度下加熱該等纖維。 3·如請求項2之方法，其中該加熱纖維之步驟包括加熱該 等纖維0.1至20小時。 • 4.如印求項2之方法，其中該加熱纖維之步驟包括以至少 5 C/分鐘之速率，使該等纖維之溫度自周溫上升至400至 2,500°C之溫度。 5.如請求項2之方法，其中在斗⑽至乃⑻乞之溫度下加熱纖 維之該步驟包括在800至1，400。(：之溫度下加熱該等纖維 以製造具有大於〇至7 nm之平均直徑之奈米粒子。 6·如請求項2之方法，其中在400至2,500它之溫度下加熱纖 ’准之該步驟包括在高於1400至2,500°C之溫度下加熱該 等纖維以製造具有大於7至5〇〇 nm之平均直徑之奈米粒 子。 7.如請求項丨之方法，其中熱解纖維之該步驟包括在低於 400°C之溫度下電漿處理該等纖維。 心如請求項7之方法’其中熱解纖維之該步驟包括電浆處 理該等纖維超過0至1 0分鐘。 9.如請求項1之方法，其中埶鉉戚祕4 —止 …、解纖維之该步驟係選自加 熱 '電漿處理、及其組合之群。 142786.doc 201016920 ίο.如前述請求項中任一 維中分離奈米粒子之步驟。，、進一步包括從該等纖 11 之方法，其中該分離奈米粒子之步驟包括以 -%該等纖維以溶解該等纖維，藉此形成钱刻 >谷液。 12·如請求項11之方法’其中該分離奈米粒子之步驟進-步 包括混合該㈣溶液與有機液體，及分離該㈣溶液與 〇有機液體之步驟’藉此當該有機液體與該似，丨溶液分 離時’該等奈米粒子係、分散於該有機液體中。 請求項⑴中任—項之方法，其中㈣組合物係選自 气倍半碎氧燒、甲基倍半石夕氧燒、二碎烧、聚石夕烧、具 有至少一個妙原？之甲苯二紛、及其組合之群。 14.如請求項⑴中任一項之方法，其中該石夕組合物係呈粉 末形式’且該方法進-步包括將呈粉末形式之該石夕組合 物溶解於溶劑中之步驟。 如。月求項1至9中任-項之方法，其中該等奈米粒子包含 碎奈米粒子。 16.如咕求項15之方法，其中該等奈米粒子進一步包含選自 碳化矽奈米粒子、碳奈米粒子、及其組合之群之奈米粒 子。 17·如請求項1至5及7至9中任一項之方法，其中該等奈米粒 子具有大於〇至7 nm之平均直徑。 18. 如請求項17之方法，其中該等奈米粒子係光致發光。 19. 如请求項丨至9中任一項之方法其進一步包括藉由電磁 I42786.doc 201016920 輻射誘導該等奈米粒子光致發光之步驟。 20· —種纖維，其包含根據如請求項1至9中任一項之方法製 得的奈米粒子。 21. —種根據如請求項10之方法之奈米粒子。

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