臺灣博碩士論文加值系統

本論文將介紹Langmuuir-Blodgett technique (LB法)的基本原理及其應用。我們將利用此方法製作聚苯乙烯(Polystyrene, PS)微球之二維有序結構，並討論在形成二維有序結構的過程中，表面壓力(Surface Pressure)與薄膜面積的關係。兩性分子材料在機械手臂的持續擠壓之下，水面上的兩性分子薄膜之表面壓力將隨之上升。隨著分子間距的減少，此分子薄膜的表面壓力將經歷由二維氣體轉變為二維液體，進而成為二維固體的兩次相轉變。假設PS微球也有相同的行為，在水面上的PS微球薄膜也將經歷如此的兩次相轉變。在粒徑1�慆的樣品，我們成功地觀察到兩次的相轉變。在250nm及150nm的樣品中，我們只有觀察到一次的相變化，經過計算其D/R(微球間距/粒徑比)值，我們發現在相變化發生時，D/R值即小於1，其原因可能是150nm及250nm的PS微球較易受熱能擾動而形成三維的結構。我們另外嘗試以奈米銀粒子為材料，利用超音波震盪法將粉末均勻分散懸浮於HPLC級氯仿中，我們發現此方法所得到的懸浮液(suspension)，其濃度遠低於1mg / ml，如此將難以應用在LB法製程上。

In this thesis, we introduce the principle and application of the Langmuir-Blodgett technique. By this method, we fabricate the ordered Polystyrene 2D structure, and discuss the relation between the surface pressure and the area of the LB-film in the process of forming the 2D structure.
The surface pressure increases as compressing the bipolar molecules on the air/water interface continuously. As the separation distance between molecules decreasing, the surface pressure goes through two phase transitions (2D-gas to 2D-liquid and 2D-liquid to 2D-solid). If PS micro-balls have the similar behavior on the air/water interface, such two phase transitions should be observed.
In the case of 1�慆 in diameter, we observe two phase transitions successfully. In the 150nm and 250nm cases, we only discover one phase transition (2D-gas to2D-liquid). As the phase transition occurs, the ratio of separation distance to micro-ball diameter (D/R value) is less than unity. This phenomenon is possibly due to the non-uniformity caused by the thermal fluctuation.
More over, we try to disperse silver nano-powder into HPLC grade chloroform to get the suspension with ultrasonic cleaner. However, the concentration of the suspension is far thinner than 1mg/ml, so it is difficult to apply in this LB technique.

目錄
頁次
摘要 I
Abstract II
謝誌 III
圖目錄 VII
表目錄 IX
第一章 序論
1.1 前言 1
1.2 奈米粒子 1
第二章 實驗原理及儀器架構
2.1 Langmuir-Blodgett Technique 3
2.1.1 基本原理 3
2.1.2 表面壓力及其測量方法 4
2.1.3 將LB film轉移至固體基板 7
2.1.4 儀器架構 8
2.2 膠體溶液 9
2.3 掃瞄式電子顯微鏡（SEM） 9
2.4 原子力顯微鏡（AFM） 10
2.5 用量估計 11
2.6 接觸角量測儀 13
第三章 實驗流程
3.1 樣品製備流程 14
3.2 基板處理 17
第四章 實驗結果與討論
4.1 硬脂酸鐵 18
4.2 聚苯乙烯 18
4.3 奈米銀粒子 27
第五章 結論 28
第六章 參考文獻 30


圖目錄
標號 名稱 頁次
圖2-1 LB製膜技術簡圖 ------------------------------------------------ 4
圖2-2 威氏平板法示意圖 ---------------------------------------------- 5
圖2-3 表面張力測量方法 ---------------------------------------------- 6
圖2-4 等溫壓力-面積曲線 --------------------------------------------- 6
圖2-5 LB膜沉積至固體基板的方法 --------------------------------- 7
圖2-6 NIMA 312D 儀器架構圖 --------------------------------------- 8
圖2-7 SEM儀器基本架構 --------------------------------------------- 9
圖2-8 AFM工作原理及工作模態 ---------------------------------- 10
圖2-9 PSD工作原理及AFM儀器架構示意圖 ------------------ 11
圖2-10 覆蓋率修正示意圖 -------------------------------------------- 12
圖2-11 接觸角說明圖 -------------------------------------------------- 13
圖3-1 實驗流程圖 ----------------------------------------------------- 14
圖3-2 基板改質前後，接觸角的差異 ----------------------------- 17
圖4-1 疏水性硬脂酸鐵LB膜的PA等溫線 ---------------------- 18
圖4-2 PS-1μm樣品A的PA等溫線 ------------------------------- 20
圖4-3 PS-1μm 樣品B的PA等溫線 ------------------------------ 20
圖4-4 PS-150nm逐步增加懸浮液的使用量， 從1ml增加到3.5 ml ------------------------------------------ 21
圖4-5 相變化時，相關參數設定示意圖 -------------------------- 22
圖4-6 1μm、150 nm、250 nm的PS球在不同量下， 發生相變化時，水槽的面積 -------------------------------- 23
圖4-7 PS-1μm SEM鑑定結果 --------------------------------------- 25
圖4-8 PS-1μm AFM鑑定結果 --------------------------------------- 25
圖 4-9 1μm及250 nm的PS球在較低的表面壓下 沈積於基板上之等溫線圖 ----------------------------------- 26
圖 4-10 1μm及250 nm的PS球在較低的表面壓下 沈積於基板上之SEM鑑定結果 ---------------------------------- 26

表目錄
表4-1 -------------------------------------------------------------------------- 19
表4-2 -------------------------------------------------------------------------- 24

[1] 陳唯欣 “鈀(II)-咪唑錯合物分子Langmuir-Blodgett 薄膜之製備與鑑定” 國立東華大學化學系 93碩士論文
[2] NIMA Technology “Langmuir-Blodgett Troughs Operating Manual 6th Edition”
[3] 黃英碩 “掃瞄探針顯微術的原理及應用” 科儀新知 第二十六卷 第四期
[4] Lv Zhicheng, Ruan Weidong, Ji Nan, Ren Luquan, Cong Qian, Zhao Bing “Fabrication of Large-Scale Nanostructure by Langmuir-Blodgett Technique”
[5] Fil Markovich, Charles P. Collier, James R. Heath “Reversible Metal-Insulator Transition in Ordered Metal Nanocrystal Monolayers Observed by Impedance Spectroscopy” Phys. Rev. Lett. 80 3807 (1998)
[6] Selvakannan, PR.; Swami, A.; Srisathiyanarayanan, D.; Shirude, P. S.; Pasricha, R.; Mandale, A. B.; Sastry, M. “Synthesis of Aqueous Au Core-Ag Shell Nanoparticles Using Tyrosine as a pH-Dependent Reducing Agent and Assembling Phase-Transferred Silver Nanoparticles at the Air-Water Interface” Langmuir; 2004; 20(18); 7825-7836