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研究生:梁育嘉
論文名稱:在導電金屬層上成長垂直奈米碳管之研究
指導教授:黃國柱黃國柱引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:化學系
學門:自然科學學門
學類:化學學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:113
中文關鍵詞:垂直奈米碳管
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摘要
在本篇論文中的第一部份,我們可以利用蒸鍍鐵的薄膜當作催化劑,在矽基板(silicon wafer)上順利的成長出垂直式奈米碳管,而且也可以藉由將催化劑圖案化,製備出任意圖案的垂直碳管,但是矽基板的導電度與金屬還是有相當程度的差異,因此我們在蒸鍍鐵薄膜前多鍍上一層鉬的導電金屬層,並試著在其上成長垂直奈米碳管,不過結果並不如預期般的理想,因此我們尋求另一個方式,在導電層上成長垂直奈米碳管。
在第二部分中,我們捨棄使用蒸鍍鐵當催化劑,並發展出一個全新的催化劑製備方式,目前文獻上還沒有任何報導使用此方式來製備催化劑成長垂直奈米碳管。我們利用鐵的鹽類(如,三氯化鐵)溶於高分子溶液中(如,PMMA或PVA)當作催化劑,以旋轉塗佈的方式塗佈在矽基板上,也可以順利的成長出垂直奈米碳管。若將此催化劑塗佈在已蒸鍍鉬導電金屬層的矽基板上時,結果也可順利的成長出垂直奈米碳管,這意味著這個方法將比使用蒸鍍鐵當催化劑有更廣的應用性,而且大幅的降低製程成本。
論文最後的部分是討論如何將垂直碳管有效的固定在基板上。我們比較了PMMA、PVA和PS三種固定垂直碳管的結果,發現適當的調控聚苯乙烯(PS)的濃度,可以得到最好的效果。
目錄
第一章 簡介
1-1 前言--------------------------------------------------------------------------01
1-2 奈米碳管的發展-----------------------------------------------------------02
1-2.1 石墨碳---------------------------------------------------------------02
1-2.2 鑽石------------------------------------------------------------------03
1-2.3 碳六十---------------------------------------------------------------04
1-2.4 奈米碳管------------------------------------------------------------06
1-3 奈米碳管的結構-----------------------------------------------------------10
1-4 奈米碳管的特性-----------------------------------------------------------16
1-4.1 機械性質------------------------------------------------------------17
1-4.2 電性------------------------------------------------------------------17
1-4.3 場發射效應---------------------------------------------------------18
1-4.4 熱傳導性------------------------------------------------------------18
1-4.5 熱穩定性------------------------------------------------------------20
1-5 奈米碳管的應用-----------------------------------------------------------21
1-5.1場發射顯示器-------------------------------------------------------22
1-5.2 碳管應用在原子力顯微鏡---------------------------------------25
1-5.3 複合材料之添加劑------------------------------------------------28
1-5.4 電池電極的應用---------------------------------------------------29
1-5.5 高效電晶體---------------------------------------------------------30
1-6 奈米碳管的合成方法-----------------------------------------------------31
1-6.1 電弧放電法---------------------------------------------------------32
1-6.2 雷射激發法---------------------------------------------------------34
1-6.3 化學氣相沈積法---------------------------------------------------35

第二章 利用化學氣相沈積法合成垂直式奈米碳管---37
2-1 實驗原理--------------------------------------------------------------------38
2-1.1 在矽基版上長垂直的奈米碳管---------------------------------38
2-1.2 反應過程中氣流對碳管成長面積的影響---------------------39
2-1.3 垂直奈米碳管合成缺點改進------------------------------------40
2-2 實驗裝置、藥品和步驟----------------------------------------------------41
2-2.1 實驗裝置------------------------------------------------------------41
2-2.2 實驗藥品------------------------------------------------------------43
2-2.3 實驗步驟------------------------------------------------------------43
2-3 實驗結果--------------------------------------------------------------------47
2-3.1 垂直碳管之結果---------------------------------------------------47
2-3.2 氣流對反應的影響------------------------------------------------53
2-3.3 改進奈米碳管合成時的缺點------------------------------------57
2-4 結果與討論-----------------------------------------------------------------59

第三章 垂直碳管長在導電金屬層上--------------------------60
3-1 實驗原理--------------------------------------------------------------------61
3-1.1鉬導電層上長垂直奈米碳管-------------------------------------61
3-1.2 垂直碳管成長機制的討論---------------------------------------62
3-1.3 氨氣的影響---------------------------------------------------------62
3-2 實驗裝置、藥品和步驟----------------------------------------------------63
3-2.1 實驗裝置------------------------------------------------------------63
3-2.2 實驗藥品------------------------------------------------------------63
3-2.3 實驗步驟------------------------------------------------------------64
3-3 實驗結果--------------------------------------------------------------------65
3-3.1 利用金屬鹽類溶入高分子溶液中當作催化劑,塗佈在矽基板或是導電金屬層上成長垂直碳管-----------------------------------65
3-3.2 垂直碳管成長機制的討論---------------------------------------72
3-3.3 氨氣對垂直奈米碳管的影響------------------------------------88
3-4 結果與討論-----------------------------------------------------------------90

第四章 固定垂直式奈米碳管-------------------------------------91
4-1實驗原理---------------------------------------------------------------------92
4-2實驗裝置、藥品和步驟-----------------------------------------------------93
4-2.1 實驗裝置------------------------------------------------------------93
4-2.2實驗藥品-------------------------------------------------------------94
4-2.3 實驗步驟------------------------------------------------------------94
4-3 實驗結果--------------------------------------------------------------------95
4-3 .1 以聚甲基丙烯酸甲酯固定垂直碳管的結果-----------------95
4-3 .2 以聚乙烯醇固定垂直碳管的結果-----------------------------99
4-3.3 以聚苯乙烯固定垂直碳管的結果-----------------------------100
4-4 結果與討論----------------------------------------------------------------103

第五章 結論---------------------------------------------------------------105

參考文獻---------------------------------------------------------------------106
參考文獻
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