(18.204.227.34) 您好!臺灣時間:2021/05/17 04:43
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果

詳目顯示:::

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:邱慧珊
研究生(外文):Hui-Shan Chiu
論文名稱:碳奈米螺旋線繩:合成、結構分析及光譜特性
論文名稱(外文):Fabrication, Structural Analysis, and Spectroscopy of Carbon Helical Nanowires
指導教授:陳逸聰陳逸聰引用關係
指導教授(外文):Yit-Tsong Chen
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:化學研究所
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:119
中文關鍵詞:碳螺旋線碳奈米螺旋線奈米螺旋碳奈米線
外文關鍵詞:carbon nanowireshelical nanowirescarbon helical nanowires
相關次數:
  • 被引用被引用:1
  • 點閱點閱:107
  • 評分評分:
  • 下載下載:0
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
本論文將討論碳奈米螺旋線繩(carbon helical nanowires)之製備方法、生長機制、結構分析、光譜特性及其力學應用。製備的主要方法是化學沉積法,令碳氫氣體與金屬催化劑交互作用,於高溫下裂解沉積產生。實驗結果顯示,利用鎳板及銅奈米顆粒當催化劑,鎳板裂解乙炔,藉由銅奈米顆粒旋轉,將產生直徑50至300 nm之碳螺旋線繩,其週期長度與線徑的比例,與理論計算之緊密堆積理想線繩(helical close packings of ideal ropes)結果相符,可歸類為扭轉繩索(twisted rope)。在本實驗中,所有螺旋線均為雙方向同時生長,螺旋線繩以銅奈米顆粒為生長原點,並成鏡像對稱,往兩邊析出,兩側螺旋形態具相反掌性。高解析度電子顯微鏡影像顯示碳螺旋線繩為短序石墨構造(graphite-short-range-ordering)。
本實驗亦研發了Y分叉型螺旋線繩的製備方法,在生成過程中,改變碳原子於銅奈米顆粒表面擴散速度,再加上顆粒表面特有的晶面分部比例,導致部分晶面被覆誚荌惜貕吨ヾA誘使雙方向生長之螺旋線自發性地合併為單一奈米線,其構造細節將於論文中被討論。另外,我們亦利用化學沉積法,在具有圖騰的基材上合成碳螺旋線繩,這些碳螺旋線繩以頂部生長方式突出於方形小島之上,有些螺旋橫跨兩個金屬小島,提供了發展電子連接元件的應用潛能。
次外,我們利用化學分析影像能譜儀、拉曼光譜等儀器,分析碳螺旋線繩之表面特徵以及碳質結構。由碳的1s軌域結合能譜結果,可知其表面由石墨結構、微晶結構共同組成、並且擁有少販arboxyls官能基表現;拉曼光譜顯示石墨的 特徵峰(G band)以及無序特徵峰(D band),論文中將討論其雙共振拉曼散射現象,並藉由不同激發光源研究其電子能帶結構,提供微奈米材料應用上之參考依據。


致謝……………………………………………………………….……..II
摘要…………………………………………………………….…..…...III
目錄…………………………………………………………………......IV
圖目錄………………………………………………………………..…IX
表目錄………………………………………………………………...XIV
第一章、 序論…………………………………………..………….….1
1-1 奈米碳纖維緣起…………………………………………...1
1-2 碳纖維生長機制…………………………………………...3
1-2.1 蒸氣-液體-固體(生長模型)…………………………..…3
1-2.2 表面擴散生長機制………………………...…………….4
1-3 碳奈米螺旋線的幾何構造………………………………...5
1-4 實驗流程摘要…………………………………………...…6
第二章、 實驗方法…………………………………………………....7
2-1 基板的準備……………………………………………..7
2-1.1 銅箔處理程序………………………………………...…7
2-1.2 銅網處理程序………………………………………...…7
2-1.3 圖騰佈置程序………………………………………..…8
2-1.4 粉墨狀基材製備……………………………………..….9
2-2 製成系統簡介……………………………………………10
2-3 分析工具簡介…………………………………..………..15
2-3.1 拉曼光譜儀……………………………………..……...15
2-3.2 能量分散式光譜儀……………………………..……...18
2-3.3 X光繞射儀……………………………………………18
2-3.4 穿透式電子顯微鏡…………………………………….19
2-3.5 掃描式電子顯微鏡…………………………………….20
2-3.6 原子力顯微鏡………………………………………….20
2-3.7 電子束蒸鍍機………………………………………….21
2-3.8 化學分析影像能譜儀 ………………………………..24
第三章、 分析與討論………………………………………………..26
3-1 碳奈米螺旋線的合成、結構分析………………………26
3-1.1碳螺旋線的型態結構與成分分析……………………..26
I. 引言………………………………………………….26
II. 碳奈米螺旋線的鏡像對稱特性……………………28
III. 碳奈米螺旋線的細微結構分析………………..…32
IV. 催化劑系統………………………………………...37
V. 結論………………………………………………....38
3-1.2 分叉型碳螺旋線的型態結構成分分析……………….40
I. 引言………………………………………………….40
II. 溫度效應……………………………………………42
III. 催化劑系統效應…………………………………..47
III(a). 銅箔…………………………………….….48
III(b). 具有銅圖騰的矽晶片………………….….49
IV. 應用與發展性……………………………………...52
3-1.3 成長機制探討………………………………………….53
I. 引言………………………………………………….53
I(a). 三度空間成長模型
I(b). 接觸角異向模型
I(c). 壓力張力模型
I(d). 不對稱催化劑顆粒模型
II. 催化劑顆粒晶面分析………………………………57
III. 碳奈米螺旋線之旋轉模型….…………………….58
IV. 分叉型碳奈米材料………….……………………..61
V. Y-分叉型碳奈米螺旋線之核心結構分析………….61
VI. Y-分叉型碳奈米螺旋線之生長模型…...…………65
VI(a). 溫度
VI(b). 碳原子濃度
VI(c). Y-分叉型碳奈米螺旋線之不對稱生長模型
VII. 結論……………………………………………….70
3-1.4 碳螺旋線的排列與堆積特性………………………….71
I. 引言……………………………………………….…71
II. 密集堆積螺旋之數學推導………………………....72
III. 奈米螺旋之結構參數分析……………………..…75
IV.碳奈米螺旋的結構均勻度………………………….80
V. 碳奈米螺旋角度分析 …………………………..…81
3-1.5 規劃碳螺旋線的生長圖騰…………………………….83
I. 引言………………………………………………….83
II. 膜厚度之影響效應………………………………....84
III. 發展與應用………………………………………..88
IV. 合成壓力曲線分析………………………………...88
3-2 碳奈米螺旋線之光譜特徵…………...………………….91
3-2.1 化學影像分析能譜…………………………………….91
I. 引言………………………………………………….91
II. 結果分析……………………………………………92
II(a). C1s能譜分析
II(b). Si2p能譜分析
III(c).O1s能譜分析
3-2.2 拉曼光譜…………………………………………….....96
I. 拉曼光譜-低頻區…………………………….…96
II. 拉曼光譜-高頻區………………………………97
III. 雷射激發波長效應……………………………..98
3-3 碳奈米螺旋管…………………………………………..103
3-3.1 結構與分析…………………………………………...103
3-3.2 結果與討論…………………………………………...106
第四章、 結論………………………………………………………109
參考文獻………………………………………………………………111


第一章
1.T. V. Hughes, Chambrs CR. US 405. (1889).
2.S. Iijima, Nature. 345, 56 (1991).
3.R. T. K. Baker, M. A. Barber, P. S. Harris, et al. J. Catal. 26, 51 (1972).
4.T. Baird, J. R. Fryer, B. Grant, Carbon. 12, 591 (1974).
5.M. S. Kim, N. M. Rodriquez, J. Catal. 134, 253 (1992).
6.A. Stasiak, J. H. Maddocks, Nature 406, 251 (2000).
7.A. Maritan, C. Micheletti, A. Trovato, J. R. Banavar, Nature 406, 287 (2000).
8.S. Przybyl, P. Pierański, Eur. Phys. J. E. 4, 445 (2001).
9.R. T. K. Baker, P. S. Harris, S. Terry, Nature 253, 37 (1975).
第二章
10.C. N. R. Rao, R. Scn, B. C. Statishkumar, A. Govindaraj, Chem. Commuun. 1525 (1999).
11.W. R. Davis, R. J. Slawson, G. R. Rigby, Nature 171, 756 (1953).
12.R. T. K. Baker, P. S. Harris, S. Terry, Nature 253, 37 (1975).
13.C. J. Lee, T. J. Lee, J. Park, Chem. Phys. Lett. 340, 413 (2001).
14.S. Motojima, M. Kawakuchi, K. Nozaki, H. Iwanaga, Carbon 29, 379 (1991).
15.Y. A. Bityurin, D. G. Volgunov, S. V. Gaponov, A. A. Gudkov, V. L. Mironov, Grow. Cryst. 17, 47 (1991).
16.R. S. Wagner, W. C. Ellis, Appl. Phys. Lett. 4, 89 (1964).
17.R. S. Wagner, in Whisker Technology (ed. Levitt, A. P.) (Wiley-Interscience, New York, 1970), 47.
第三章
18.Z. C. Kang, Z. L. Wang, Philosophyical Magazine B 73, 905 (1996).
19.S. Iijima, T. Ichihashi, Y. Ando, Nauire 356, 776 (1992).
20.X. H. Sun, C. P. Li, N. B. Wong, C. S. Lee, S. T. Lee, B. K. Teo, J. Am. Chem. Soc. 124, 14856 (2002).
21.S. Amelinckx, X. B. Zhang, D. Bernaerts, X. F. Zhang, V. Ivanov, J. B. Nagy, Science 265, 635 (1994).
22.D. N. Mcllroy D. Zhang, Y. Kranov, M. G. Norton, Appl. Phys. Lett. 79, 1540 (2001).
23.S. Motojima, Q. Chen, J. Appl. Phys. 85, 3919 (1999).
24. M. Hansen, Constitution of binary alloys. (McGraw-Hill, New York, 1958), 253.
25.S. Helveg, C. L-Cartes, J. Sehested, P. L. Hansen, B. S. Clausen, J. R. R-Nielsen, F. A-Pedersen, J. K. N�廨skov, Nature 427, 426 (2004).
26.X.-Y. Zhu, J. M. White, Surf. Sci. 214, 240 (1989).
27.大谷杉郎,真田雄三。碳化工業基礎。北京:化學工業出版社,1985。
28.M. L. Lieberman, C. R. Hills, C. J. Miglionico, Carbon 19, 633 (1971).
29.范月英。有機物催化熱解法製備奈米碳纖維及其儲氫性能研究:【博士論文】。瀋陽:中國科學院金屬研究所,2000。
30.G. G. Tibbetts, Carbon. 27, 745 (1989).
31.J. K. N�廨skov, T. Bligaard, A. Logadottir, S. Bahn, L. B. Hansen, M. Bollinger, H. Bengaard, B. Hammer, Z. Sljivancanin, M. Mavrikakis, Y. Xu, S. Dahl, C. J. H. Jacobsen, J. Catal. 209, 275 (2002).
32.R. C. Baetzold, Sur. Sci. 95, 286 (1980).
33.Avouris, Ph. Acc. Chem. Res. 35, 1026 (2002).
34.A. N. Andriotis, M. Menon, D.Srivastava, L. Chernozatonskii, Phys. Rev. Lett. 87, 066802-1-4 (2001).
35.A. Goriely, M. Tabor, Proc. R. Soc. London 453, 2538 (1997).
36.T. McMillen, A. Goriely, J. Nonlinear Sci. 12, 241 (2002).
37.A. F. Fonseca, D. S. Galv�姛, Phys. Rev. Lett. 92, 175502 (2004).
38.A. S. Edelstein R. C. Cammarata, Nanomaterials: Synthesis, Properties and Applications (Insitute of Physics Publishing, Bristol, 1996).
39.L. P. Biro, R. Ehlich, Z. Osv�龜h, A. Ko�瀛, Z. E. Horv�龜h, J. Gyulai, J. B. Nagy, Dia. Rel. Mater. 11, 1081 (2002).
40.N. M. Rodriguez, J. Mater. Res. 8, 3233 (1993).
41.N. Krishnankutty, N. M. Rodriguez, R. T. K. Baker, J. Catal. 158, 217 (1996).
42.R. G. Olsson, E. T. Turkdogen, Met Trans 5, 21 (1974).
43.M. L. Toebes, J. H. Bitter, A. Jos van Dillen, K. P. de Jong, Catalysis Today 76, 33 (2002).
44.J. Liu, X. Zhang, Y. G. Zhang, X. Chen, J, Zhu, Mater. Rew. Bulletin 38, 261 (2003).
45.K.P. de Jong, J.W. Geus, Catal. Rev.-Sci. Eng. 42, 481 (2000).
46.M.S. Hoogenraad, Ph.D. Thesis, Utrecht University, 1995.
47.A. V. Melechko, V. I. Merkulov, D. H. Lowndes, M. A. Guillorn, M. L. Simpson, Chem. Phys. Lett. 356, 527 (2002).
48.J. Li, C. Papadopoulos, J.M. Xu, Nature (London) 402, 253 (1999).
49.D. Zhou, S. Seraphin, Chem. Phys. Lett. 238, 286 (1995).
50.P. Nagy, R. Ehlich, L.P. Biro, J. Gyulai, Appl. Phys. A 70, 481 (2000).
51.B.C. Satishkumar, P. John Thomas, A. Govindaraj, C.N.R. Rao, Appl. Phys. Lett. 77, 2530 (2000).
52.V. Katritch et al., Nature 384, 142 (1996); A. Stasiak, V. Katritch, L. H. Kauffman (Editors), Ideal Knots (World Scientific, Singapore, 1998).
53.Stewart, I. Tight tins for round sardines. Sci. Am. Feb. 80 (1998)
54.C. Micheletti, A. Martan, J. R. Banavar, Phys. Rev. Lett. 82, 3372 (1999).
55.T. E. Creighton, Proteins-Structure and Molecular Properties 182 (Freeman, New York, 1993).
56.J. Kong, H. Y. Soh, A. M. Cassell, C. F. Quate, H. Dai, Nature 395, 878 (1998).
57.成會明。奈米碳管。台灣:五南,2004。
58.X. Chen, S. Motojima, J. Mater. Sci. 34, 3581 (1999).
59.G. A. Jablonski, F. W. Geurts, A. Sacco, R. R. Biederman, Carbon 30, 87 (1992).
60.L-G Tang, J. L. Kardos, Polymer Composition 1997;18(1):100–13.
61.Thermo electron corporation: http://www.lasurface.com/Data_base/Aw_Text_princ_databas.htm
62.Z. K�曝ya, I. Vessel�聲yi, J. Kiss, A. Farkas, A. Oszko, I. Kiricsi, Appl. Catal. A 260, 55 (2004).
63.P. Chen, X. Wu, X. Sun, J. Lin,* W. Ji, and K. L. Tan, Phys. Rev. Lett., 82, 2548 (1999).
64.K. Shibagaki, S. Motojima, Carbon 38, 2087 (2000).
65.H. Ago, T. Kugler, F. Cacialli, W. R. Salaneck, M. S. P. Shaffer, A. H. Windle, R. H. Friend, J. Phys. Chem. B 103, 8116 (1999).
66.C. P. Huu,N. Keller, V. V. Roddatis, G. Mestl, R. Schl�仩l, M. J. Ledoux, PCCP 4, 514 (2002).
67.P. J. Cao, Y. S. Gu, H. W. Liu, F. Shen, Y. G.. Wang, Q. F. Zhang, J. L. Wu, H. J. Gao, J. Mater. Res. 18, 1687 (2003).
68.P. Chen, X. Wu, J. Lin, K. L. Tan, J. Phys. Chem. B 103, 4559 (1999).
69.C. Thomsen, Phys. Rev. B 61, 4542 (2000).
70.Y. Ando, X. Zhao, H. Shimoyama, G. Sakai, K. Kaneto, Int. J. Inorg. Mater. 1, 77 (1999).
71.X. Zhao, Y. Ando, L.-C. Qin, H. Kataura, Y.Maniwa, R. Saito, Physica B 323, 265 (2002).
72.A. M. Rap, E. Richter, S. Bandow, B. Chase, P. C. Eklund, K. A. Williams, S.Fang, K. R. Subbaswamy, M. Menon, A. Thess, R. E. Smalley, G. Dresselhaus, M. S. Dresselhaus, Science 275, 187 (1997).
73.G. Vitali, M. Rossi, M. L. Terranova, V. J. Sessa, Appl. Phys. 77, 4307 (1995).
74.D. G. McCulloch, S. Prawer, A. Hoffiman, Phys. Rev. B 50, 5905 (1994).
75.V. Barbarossa, F. Galluzzi, R. Tomaciello, A. Zanobi, Chem. Phys. Lett. 185, 53 (1991).
76.R. P. Vidano, D. B. Fichbach, L. J. Wills, T. M. Loehr, Solid State Commun. 39, 341 (1981).
77.T. P. Mernagh, R. P. Cooney, and R. A. Johnson, Carbon 22, 39 (1984).
78.M. Ramsteiner, J. Wagner, Appl. Phys. Lett. 51, 1355 (1987).
79.A. V. Baranov, A. N. Bekhterev, Y. S. Bobovich, V. I. Petrov, Opt. Spektrosk. 62, 612 (1987).
80.B. Marcus, L. Fayette, M. Mermoux, L. Abello, G. Lucazeau, J. Appl. Phys. 76, 3463 (1994).
81.J. Kastner, T. Pichler, H. Kuzmany, S. Curran, W. Blau, D. N. Weldon, M. Dlamesiere, S. Draper, H. Zandbergen, Chem. Phys. Lett. 221, 53 (1994).
82.M. J. Matthews, M. A. Pimenta, G. Dresselhaus, M. S. Dresselhaus, M. Endo, Phys. Rev. B 59, R6586 (1999).
83.P. Buffat et al., Phys. Rev. A 13, 2287 (1976).
84.M. P-Cabero, I. R-Ramos, A. G-Ruiz, J. Catal. 215, 305 (2003).
85.J. Liu, X. Zhang, Y. Zhzng, X. Chen, J. Zhu, Mater. Res. Bull. 38, 261 (2003).
86.R. L. V. Wal, T. M. Ticich, V. E. Curtis, Carbon 39, 2277 (2001).
87.S. C. Davis, K. J. Klabunde, Chem. Rev. 82, 153 (1982).
88.S. J. Tauster, S. C. Fung, R. T. K. Baker, J. A. Horsley, Science 4487, 1121 (1981).
89.J. F. Colomer, C. Stephan, S. Lefrant, G. V. Tendeloo, I. Willems, Z. Konya, A. Fonseca, Ch. Laurent, J. B. Nagy, Chem. Phys. Lett. 317, 83 (2000).
90.程光煦。拉曼布里淵散射--原理及應用。北京:科學出版社,2001。
91.S. Yang, X. Chen, S. Motojima, Appl. Phys. Lett. 81, 3567 (2002).
92.N. J. A. Sloane, Nature 395, 435 (1998).
93.M. Hirscher, M. Becher, M. Haluska, A. Quintel, V. Skakalova, Y. -M. Choi, U. Dettlaff-Weglikowska, S. Roth, I. Stepanek, P. Bernier, A. Leonhardt, J. Fink, J Alloys and Compounds 330, 654 (2002).
94.F. Tuinstra, J. L. Koenig, J. Chem. Phys. 53, 1126 (1970).
95.L. Nidiel, P. W. Janodzinski, Carbon 31, 1313 (1993).



QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top
無相關期刊