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研究生:王財福
研究生(外文):Tsai-Fu Wang
論文名稱:催化劑影響奈米碳管成長
論文名稱(外文):Effect of Catalysts on the Growth of Carbon Nanotubes
指導教授:陳承斌陳承斌引用關係
指導教授(外文):Chern-Ping Chen
學位類別:碩士
校院名稱:國立東華大學
系所名稱:材料科學與工程學系
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:82
中文關鍵詞:催化劑奈米碳管磁場
外文關鍵詞:carbon nanotubesmagnetic fieldcatalysts
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本論文主要研究目的在於探討以電弧放電法製備奈米碳管時,鍍鎳、鐵膜的矽晶片、鐵粉觸媒、工作氣壓、基材距電弧電漿中心的距離及外加磁場等製程參數對奈米碳管成長的影響。此實驗最大特色在於不在只是以鐵粉填塞石墨arc成長碳管,主要研究重點是將傳統電弧放電製程改為:石墨不再填塞觸媒,而是只當碳的高溫電漿供應源,觸媒則改為鍍在矽晶片上的鐵、鎳膜。實驗結果顯示對鍍鎳、鐵膜實驗而言,矽晶片以放置在距電漿源50 mm 至60 mm 之間為成長奈米碳管最佳位置,而且隨著工作氣壓降至240~280 Torr,並在矽晶片沈積上方放置一(直徑=2 mm)孔洞遮板,則可以有效地降低碳渣的沈積,由Raman分析顯示,碳管為具有缺陷且石墨化程度不高的奈米碳管群。另外,若基材溫度為350℃、工作壓力為240∼280 Torr,則在外加磁場為10.4 mT時,鐵膜基材較鎳膜基材成長的奈米碳管更具有方向性,而且從0 mT至10.4 mT隨著外加磁場的增加,長在鐵膜基材上的奈米碳管也會漸漸具有方向性。由TEM照片及選區繞射圖分析顯示奈米碳管是屬於短程排列的方向性結晶結構,且大多數為竹節型、分支型及帶有少數幾圈螺旋狀的奈米碳管,和以鐵粉填塞石墨棒合成的筆直性高、無分支及石墨化高的奈米碳管有相當大的差別。
Researching the effect of Ni and Fe film on a substrate, powder iron, working pressure, distance from arc plasma to substrate and magnetic field for growing carbon nanotubes by using arc discharge method was main purpose of this thesis.
In result, carbon nanotubes not only were successfully synthesized by the catalyst of the powder iron packed in graphite rod at 260~500 Torr but also were successfully synthesized by Fe and Ni film on a substrate at 350℃and 240~280 Torr using arc discharge method. But, TEM and SAD(selection area diffraction)analysis showed that the structure of carbon nanotubes grown on Ni and Fe film on the silicon substrates was the directional crystalline of short range arrangement. Most nanotubes appeared to be bamboo-shaped, branching and spiral type. Raman analysis revealed that the carbon nanotubes have defects. The carbon nanotubes synthesized by the catalyst of the powder iron packed in graphite rod were found to be straight.
In addition, the effect of magnetic field on the growing vertical of carbon nanotubes was evatuated. The magnetic field intensity range from 0~10.4 mT was applied. If substrate temperature is 350℃,working pressure is 240∼280 Torr and magnetic field is 10.4 mT, carbon nanotubes on a Fe film substrate than on a Ni film substrate are easier to grow vertically.
【目錄】
中文摘要………………………………………………………………Ⅰ
英文摘要………………………………………………………………Ⅱ
目錄……………………………………………………………………Ⅲ
圖目錄..………………………………………………………………Ⅵ
表目錄…………………………………………………………………ⅩⅠ
第一章 緒論 …………………………………………………………1
1.1 前言…………………………………………………………1
1.2 文獻回顧……………………………………………………5
1.2.1. 奈米碳管的結構……………………………………………7
1.2.2. 奈米碳管的特性……………………………………………10
1.2.3. 奈米碳管的純化……………………………………………11
1.2.4. 奈米碳管的應用……………………………………………16
1.2.5. 具有方向性的碳奈米管……………………………………25
第二章 實驗設備及步驟 ……………………………………………29
2.1 實驗材料……………………………………………………29
2.2 儀器設備……………………………………………………29
2.3 實驗步驟……………………………………………………30
2.4 實驗系統流程圖……………………………………………35
2.5 微結構的分析………………………………………………36
第三章 結果與討論 …………………………………………………39
3.1 在鍍鎳基材上成長奈米碳管……………………………39
3.1.1 試片的基座位………………………………………………39
3.1.2 遮板…………………………………………………………39
3.1.3 區域選擇性成長碳奈米管…………………………………40
3.1.4 非均直方向性奈米碳管……………………………………43
3.1.5 Raman檢測分析 ……………………………………………44
3.2. 在鍍鐵基材上成長奈米碳管………………………………45
3.2.1 溫度效應……………………………………………………45
3.2.2 磁場對單一奈米碳管成長的影響…………………………49
3.2.3 TEM結構分析 ………………………………………………53
3.2.4 竹節型(bamboo-shaped)奈米碳管 ……………………56
3.2.5 具有分支(branching)的奈米碳管 ……………………58
3.3. 以鐵粉為觸媒製備奈米碳管………………………………66
3.3.1 末端打開的奈米碳管………………………………………69
3.3.2 Raman檢測分析 ……………………………………………69
第四章 結論 …………………………………………………………71
第五章 未來工作 ……………………………………………………73
參考文獻 ………………………………………………………………74
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