Page 32 - 能量採集技術開啟醫療應用新局

DESIGN FEATURES
圖3:應用導電材料對纖維素奈米材料改質。
發展軟性奈米紙電子裝置。 功能性特殊紙可透過多種技 術製作，例如:將功能性奈米材料 溶液沉積於紙基材上，纖維素纖 維的OH基可作為錨定點，離子-偶 極相互作用使金屬奈米粒子於原位 合成，並透過與其表面原子鍵結使 其穩定。另一方面，利用逐層(LBL) 組裝技術，可在纖維素纖維上沉積 多層膜，使纖維素纖維浸入聚電解 質和奈米粒子膠體溶液中，利用靜 電組裝使金屬和金屬氧化物奈米 粒子於纖維素纖維上沉積和生長。 添加到紙結構中的功能材料類 型可為有機或無機材料，而用於開 發電子裝置者通常具有導電、半導 電或絕緣等電性，利用混搭材料達 到理想功能，如將無機奈米粒子與 絕緣聚合物結合，可製備具有高介 電常數和良好印刷性的絕緣層。相 較於無機材料，有機奈米材料通常 成本較低、更容易透過溶液操作， 且有機材料和薄膜結合通常有良 好彈性，具有更高的彎曲和拉伸韌
圖4:導電奈米紙(a)纖維素奈米材料和奈米碳材於水中分散;(b)由(a)製成 薄膜;(c)凍乾後製成厚度約200μm導電奈米紙;(d)–(f )奈米紙內部構造。
性，適合應用於軟性基材。 然而有機奈米材料大多導電
由於環境友善特性，纖維素 奈米紙在儲能方面應用受到高度 矚目，尤其作為電池、超級電容、 太陽能與燃料電池等儲能裝置的
性能較差，若需要高導電性，可添
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加金屬奈米顆粒或金屬前驅物， 銀是最常用的金屬，但因價格較 高，一些相對低成本的金屬如銅、 鎳和鋁，也被應用於紙基材研究 中。此外，也可將石墨烯或奈米碳 管(CNT)等奈米碳材與纖維素奈米 材料結合，研發導電纖維素奈米 紙，以導電墨水在紙上印刷電路和 製作裝置。
調整結構孔隙率和尺寸可以改變透 光率和光學霧度。結合CNF和CNC 調控奈米紙的透射率，增加CNC含 量可降低纖維素奈米紙的光學霧 度，並提高其透明度，而高透射率 和高霧度是薄膜太陽能電池的理 想組合。
使用適當表面活性劑使CNT在 水中均勻分散與CNF混合，可產出 具高導電性、良好彎曲韌性和高拉 伸強度的纖維素奈米紙，已有學者 利用石墨烯塗層結合纖維素纖維製 成奈米紙，形成的連續網路可以提 供高導電性。使用還原氧化石墨烯 (Reduced graphene oxide)，搭配 CNF以真空抽濾法製備具有夾層結 構(RGO/CNF/RGO)的導電奈米紙， 使用少量RGO (5%)即有極佳導電 性能，圖3為與纖維素奈米材料改 質結合製備導電材料之常見方法。
若混合纖維素奈米材料 和普通纖維素，以60/40比例 混合CNF/纖維素，透射率與 PE相似，但霧度遠高於PET; 另一方面，由TEMPO(2,2,6,6- tetramethylpiperidine- 1-oxyl radical)化學改質 CNF(TEMPO-Oxidized cellulose nanofiber;TOCN)所製成的奈米 紙，具有更高的透光率與更低的 霧度。化學改質後的纖維素奈米 紙通常熱穩定性較差，可能影響 奈米材料層的燒結和其他後處理 加工程序。
由於纖維素奈米材料尺寸小 於可見光波長，因此所製備之奈米 紙常具有高透光性，適合研發透明 裝置基材。纖維素奈米紙光學特性 取決於纖維直徑和填充密度，透過
能源裝置