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研究生:郭子駿
研究生(外文):Tz-Jun Kuo
論文名稱:氧化鋅與氧化鎘奈米線的合成
論文名稱(外文):Synthesis of Zinc Oxide and Cadmium Oxide Nanowires
指導教授:黃暄益
指導教授(外文):Prof. Michael Hsuan-Yi Huang
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:151
中文關鍵詞:氧化鋅氧化鎘奈米線
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Abstract
  半導體類奈米線是奈米材料中相當熱門的研究方向,因為半導體類奈米線兼具一般半導體的光電性質,以及奈米材料的量子效應和尺寸效應,加上其製備方式可以與一般半導體製程整合,因此引起廣泛的研究興趣,期望能夠利用半導體類奈米線作出尺寸更小、功能更強大的奈米元件。
  本篇論文是探討利用碳熱還原法讓金屬氧化物與石墨粉的混合物於高溫下進行還原反應產生金屬蒸氣,金屬蒸氣藉由基板上的金屬催化並與摻雜於載流氣體中的氧氣作用,於基板上合成出金屬氧化物奈米線。利用這個方法我們合成出氧化鋅以及氧化鎘奈米線,並以粉末X光繞射、掃描式電子顯微鏡以及穿透式電子顯微鏡對合成出來的產物做材料分析。
  在氧化鋅奈米線的研究上,我們藉由改變反應條件,諸如基板種類、催化金屬層厚度、反應物比例、載流氣體和氧氣的流量,從實驗中得到一個最佳的合成條件。產物經由粉末X光繞射鑑定為氧化鋅,掃描式電子顯微鏡觀察合成出來的氧化鋅奈米線,長度約為10 - 20 μm,直徑約為80 - 150 nm,穿透式電子顯微鏡分析得知我們合成出來的氧化鋅奈米線其成長方向為<002>,利用這個條件所得到的產物具有大成長範圍、型態一致以及材料性質良好等優點。根據實驗的結果,我們得知了奈米線與不同材質基板的晶格匹配關係,催化金屬層厚度造成奈米線徑向尺度上的改變。除此之外從實驗中觀察到的現象,我們發現氧氣流量對於產物型態的改變以及晶體缺陷具有一定程度的影響,於是設計另一組實驗改以鋅粉作為反應物以降低氧氣相對含量,合成出梳子狀以及四角柱狀的氧化鋅,利用螢光光譜儀針對這些不同型態氧化鋅的氧氣缺陷做一簡單分析比較,並藉由掃描式及穿透式電子顯微鏡做結構和型態的鑑定,最後推論氧氣對於其型態改變的成因。
  在氧化鎘奈米線的研究上,我們同樣利用碳熱還原法合成氧化鎘奈米線,經由觀察不同條件下得到的產物作出假設、修正並更改實驗的設計,我們將產物從微米尺寸的帶狀結構和薄膜混合型態縮小到奈米尺寸,目前已能合成出氧化鎘奈米線。產物經由粉末X光繞射確定為氧化鎘,掃描式電子顯微鏡觀察氧化鎘奈米線長度約為10 - 15 μm,直徑約為80 - 120 nm,穿透式電子顯微鏡分析得知我們合成出來的氧化鎘奈米線其成長方向為<111>。從穿透式電子顯微鏡找到的催化金屬影像,我們得知氧化鎘奈米線的成長是利用VLS機制,利用這個機制並以粉末X光繞射輔助,我們推測並解釋實驗中位置不同的基板上,產物的分布以及其形成成因。
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