奈米微粒及奈米碳管的分徑採樣及分析研究 101白A323

　　由於奈米材料特殊的物化特性，使其被廣泛的運用於各種領域。隨著越來越多的奈米產品問世，在製造及使用過程中的奈米物質可能會逸散或釋出，進而對人體或環境所造成的影響已逐漸被世界各國所重視。目前許多研究也已指出，奈米物質的確實會對生物體或環境造成危害。

　　為了要保護奈米作業場所的員工，美國職業安全衛生研究所(NIOSH, National Institute of Occupational Safety and Health)於2010及2011年提出奈米碳管及奈米碳纖維中的元素碳(EC)、細二氧化鈦微粒和超細二氧化鈦微粒在8小時時量平均建議暴露限值(Recommand Exposure Limit, REL)，分別為7 μg/m3、2.4 mg/m3及0.3 mg/m3。

　為了改進分散乾燥奈米微粒或奈米碳管的現有方法以作為奈米物質毒性研究及物化特性量測之用，今年度的研究共已完成了4種分散器(簡稱為設計1-設計4)的設計及測試工作，分散器主要由迴轉式震盪器、粉體容器和霧化器組成，分散粉體的主要方法是藉由震盪器振動容器中的奈米粉體，再由霧化器內臨界流孔板的設計，使微粒因高速氣流的剪力而被分散成更細小的微粒。

　　設計1和設計2是在半徑2 cm、長10 cm的粉體容器內裝入鋼珠，但實驗結果顯示無法產生穩定的微粒濃度；設計3則是將粉體容器變大至半徑5.7 cm、長3.7 cm，並加入擾動加速板的設計，不過實驗結果顯示擾動板上的孔洞會被粉體，表示粉體容器內部流體不均勻。為了解決此問題，本研究在設計4內部加入流體均勻管的設計，使主動由粉體容器下方供氣的分散空氣可以均勻的吹進粉體容器內，結果顯示，設計4已能產生數目濃度穩定的nano-TiO2微粒和CNT奈米管至少四小時，產生的微粒總數目濃度(粒徑14 nm-20 μm)分別為1.26x105±1.3x104 #/cm3和4.2x104±3.5x103 #/cm3，微粒的粒徑以小於500 nm為主，約占95%，500 nm以上的微粒較少。另外，利用微孔衝擊器(MOI)去除分散器產生的大微粒，結果顯示氣動粒徑大於500 nm以上的分散微粒濃度可進一步大幅降低。

　　經分散器95%分散且經微分電移動度分析儀(DMA, Differential Mobility Analyzer)分徑後，使用自行研發的微孔濃縮式奈米粒子採樣器(CNS, Concentrated Nanoparticle Sampler)直接採集在穿透式電子顯微鏡(TEM, Tranmission Electron Microscopy)網格上，經由TEM觀察單徑CNT奈米管(20 nm、40 nm、60 nm、80 nm及100 nm)的形貌。結果顯示，奈米碳管的平均直徑為8±2 nm，與廠商資料10 nm相近。此外，TEM的照片也顯示，分散的CNT以團聚或糾結的CNT為主，其次為金屬不純物的奈米團粒和單一奈米管。

　　本研究也利用OC/EC分析儀(Model 4, Sunset Laboratory Inc., Tigard, OR, USA)分析奈米碳管內元素碳的比例，結果顯示，奈米碳管內元素碳佔93.16±3.47 %，與廠商提供的資料95%相近。