氣體分離程序中薄膜動態模式與結構穩定性：結合模擬與實驗探討(1/3)

薄膜技術可大幅降低目前工業生產製程中分離程序所耗損之能量。目前學術研究專注於薄膜製備後材料鑑定及分離表現，而薄膜使用中結構變化與動態資訊則鮮少直接量測。其中困境在於薄膜進行氣體滲透時無法輕易同時量測薄膜性質。本研究將透過現地XRD與紅外線光譜實驗搭配多尺度模擬進而釐清薄膜在操作中所發生的結構變化，包括壓縮膨脹、老化、或是混合基材薄膜中高分子與填充物的相互作用如高分子穿透孔洞、硬化、或是自由體積形成。從我們自己的研究中可以明顯看到XRD訊號波峰位移，而文獻雖有報告但未深入討論。製作客製化PMMA腔體將可利用同步輻射X光繞射觀察氣體輸送過程中填充物與高分子在薄膜中的結構變化。同樣，透過現地FTIR可獲得氣體溶解入薄膜後導致的官能基變化。多尺度模擬方便，第一原理計算可獲得電荷分布與能量變化、蒙地卡羅法與分子動力學則可分別提供氣體分子在薄膜中溶解度與擴散快慢。計畫成果將把直接實驗測量中觀察到的結構變化與模擬結果結合，提供有關氣體滲透時薄膜動態結構變化的完整情形，未來可設計出更適合的薄膜構造進而節省全球工業用電。