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研究生: 楊世權
論文名稱: 以電漿電弧方式製備奈米銅流體之研究
Research of Fabrication Copper Nanofluid by Plasma Arc System
指導教授: 鄭慶民
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 機電工程學系
Department of Mechatronic Engineering
論文出版年: 2011
畢業學年度: 99
語文別: 中文
論文頁數: 82
中文關鍵詞: 奈米流體電漿電弧銲接奈米銅
英文關鍵詞: Nanofluid, Plasma Arc Welding (PAW), Nanocopper
論文種類: 學術論文
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  • 本研究係研究以電漿電弧方式製備奈米銅流體 ,藉由過去文獻與研究的資料收集進而改良設計,系統架設、實驗測試、奈米微粒分析等多個步驟組成,以氣凝合成法來製備銅/水奈米流體(Copper/water nanofluid),選用能量高且能對各種金屬材料加熱蒸發之電漿電弧為加熱源,將所蒸發氣化之奈米微粒收集到流體收集器中,形成銅/水奈米流體以防奈米微粒因高溫而團簇或凝聚成較大尺寸在實驗過程中利用參數的設計,如電流及脈衝高低、流體收集器型式,試圖找出較佳製程參數,來獲得最小及均一粒徑的奈米微粒。
    實驗過程分為兩階段,第一階段以不同電流參數,測試四種不同電流(50A,60A,70A,80A)型式之收集形態,巨觀以靶材融化度初步分析,判斷何種電流型式可能獲得較佳奈米微粒尺度,結果得知電流60A及70A時靶材融溶效果較佳;第二階段為以兩組不同電流參數60A及70A配合電漿電弧銲機之脈衝(pulse)功能,將所收集之銅/水奈米流體經超音波震盪器震盪後,再以 SEM、EDS、XRD、PH、導電度、熱傳係數、粒徑分析儀等儀器分析,以達最佳銅/水奈米流體製程。
    經分析結果得知電流參數為 60A/25Hz 時平均粒徑在 548nm,電流參數為 70A/25Hz 時平均粒徑在 3500nm。最後對銅/水奈米流體作熱阻試驗,發現參數 70A/25Hz 在水溫 20℃時,熱阻下降率可達 30%。

    The purpose of experiment is aim to a methods of nanofluid produce by arc plasma. Refer to previous research data and correction. Consist with several stages: preparation, modification, system installation, tested; use “Evaporation synthesi- zed condensation system” to implement copper/water nanofluid by selected high energy plasma arc that can vaporize any kind of metal as a heating source, collect vaporized nanoparticle into nanofluid collector. To avoid condensed bigger size of particle due to high temperature or cluster, take paramenter in consideration during the period of experiment; such as working current, collector function, trying to obtain process minimum and average nanoparticle.
    By mean of two stage experiment, base on different current parameter (50A, 60A, 70A, 80A) collector to gain the proper nanoparticle by target meterial melting situation. Preliminary analyze to determine what type of current maybe optimum parameter. Marcoscopic results show current 60A and 70A are optimum parameter for particle collect on stage one. In the second stage, base on fixed current used three different working current plasma arc torch pulse. Then stimulate with ultrasonic after that, analyze by SEM, EDS, particle size analyzer to define which process can produce perfect nanoparticle.
    As a result, working current 60A/25Hz average particle is 548nm, 70A/25Hz average particle is 3500nm, process copper/water nanofluid heating resistance test, found that heating resistance reach to -30% under water temperature 50℃, paramenter 70A/25Hz.

    摘 要 i Abstract ii 誌 謝 iii 目 錄 iv 圖 目 錄 vi 表 目 錄 ix 第一章 前言 1 1-1研究背景與動機 1 1-2研究目的 1 1-3研究方法 2 第二章 文獻探討 4 2-1奈米微粒基本分類 4 2-2奈米領域 5 2-3奈米材料 8 2-4奈米粒子與團簇 11 2-5奈米微粒的特性 12 2-5-1熱傳導係數 12 2-5-2材料機械性質 13 2-5-3其他特性 14 2-6銅的特性與應用 18 2-7奈米微粒的製程 20 2-7-1氣相製造 21 2-7-2液相製造 30 2-7-3固相製造 31 2-7-4製程變化形式 33 2-8製程設備原理 34 2-8-1電漿簡介 34 2-8-2電漿電弧原理 36 2-8-3氣體(蒸發)冷凝法 40 第三章 實驗方法與流程 42 3-1實驗流程 42 3-2製備原理 45 3-3實驗設備裝置 46 3-4實驗設備操作步驟 50 3-5實驗參數設計 52 3-6奈米微粒生成過程 53 第四章 結果與討論 55 4-1 SEM分析不同電流之微粒 56 4-2 EDS及XRD 微粒成份 63 4-3粒徑分析儀 65 4-4 Ph 值與電導度分析 69 4-5熱傳導系數與熱傳導增進率分析 71 4-6熱阻與熱阻增進率分析 73 4-7反應腔體之設計修改 75 第五章 結論與未來展望 77 5-1尺寸與成份分析 77 5-2熱傳導係數及熱阻效能分析 77 5-3未來展望 78 參考文獻 79

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