跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(3.235.227.117) 您好!臺灣時間:2021/07/28 03:59
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

: 
twitterline
研究生:張淵智
研究生(外文):Yuan Chih
論文名稱:奈米碳管探針製作修整與應用研究
論文名稱(外文):Development of Carbon Nanotube Probe Technique
指導教授:汪島軍汪島軍引用關係
學位類別:博士
校院名稱:國立雲林科技大學
系所名稱:工程科技研究所博士班
學門:工程學門
學類:綜合工程學類
論文種類:學術論文
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:156
中文關鍵詞:奈米碳管探針
外文關鍵詞:Carbon nanotube probe
相關次數:
  • 被引用被引用:3
  • 點閱點閱:117
  • 評分評分:
  • 下載下載:22
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
此研究論文是將奈米碳管黏接在原子力顯微鏡(Atomic Force Microscopy) 之探針針尖上, 藉奈米碳管之特殊幾何結構、應力特徵、及可塑化學性質, 來增強掃描探針顯微術對生物樣品或半導體樣品之解析度及檢測功能。在控制奈米碳管探針長度方面, 將研究奈米碳管探針利用電極放電脈衝, 加以控制探針前端之奈米碳管長度的機制; 及使用修整後不同的探針進行量測生物樣品或半導體樣品之實驗測試。使用特定方法, 將奈米碳管探針尖端前之奈米碳管調整為與量測表面的角度垂直, 可因此選定理想條件的奈米碳管探針, 進而獲得高解析能力。對於高深寬比樣品(柱狀或孔), 進行不同的奈米碳管探針與結構相互作用力影響的探討, 可達到奈米碳管探針掃描高深寬樣品時最佳狀況, 也可使使用壽命更長。在生物樣品方面, 同樣地也運用奈米碳管探針的各種優勢, 進行解析不同的生物樣品, 在解析能力與穩定度皆穫得改善。使奈米碳管探針不只是一有效與低成本的技術, 進而成為在研究奈米樣品與尺度時不可或缺之工具。
The objective of this dissertation is to attach a carbon nanotube to a commercial tip of atomic force microscopy (AFM) in order to improve the resolution and to extend the probing capability of the AFM for biological and semiconductor samples. The possibility of the improvement lies with the unique characteristics of the carbon nanotube in geometry, structure, electronic property, and chemistry. We will study the mechanism, which causes the shortening of the carbon nanotube by applying a pulse voltage, and then find a method to fabricate carbon nanotube tips of suitable lengths for measuring biological and semiconductor samples. Also a specific method has been developed to bend the carbon nanotube probe of atomic force microscope to vertically align with the sample structure. Finally, The nanoscale structure of bio-molecules has been resolved by controlled carbon nanotube probes. In this project we attempt to
demonstrate that not only is the carbon nanotube probing an effective and low cost means but it can also become an indispensable tool for studying some particular systems at the nanometer scale.
目錄
中文摘要------------------------------------------------------ i
英文摘要------------------------------------------------------ ii
誌謝---------------------------------------------------------- iv
目錄---------------------------------------------------------- v
圖目錄-------------------------------------------------------- viii
符號說明------------------------------------------------------- xii
一、研究動機與背景---------------------------------------------- 1
1.1 原子力顯微鏡量測原理------------------------------------- 1
1.2 原子力顯微鏡量測技術回顧------------------------------- 5
1.3 奈米碳管探針研究簡介------------------------------------- 10
1.4 奈米碳管探針的應用潛力---------------------------------- 27
二、實驗課題與設備---------------------------------------------- 30
2.1 課題與研究方法---------------------------------------------- 30
2.2 實驗儀器----------------------------------------------------33
2.2.1 穿透式電子顯微鏡------------------------------------------- 33
v
2.2.2 原子力顯微鏡----------------------------------------- 37
2.2.3 掃描式電子顯微鏡-------------------------------------- 40
三、研究成果------------------------------------------------ 43
3.1 奈米碳管製備與純化---------------------------------------- 43
3.1.1 奈米碳管成長----------------------------------------- 43
3.1.2 奈米碳管純化------------------------------------------ 46
3.2 奈米碳管探針製作與修整---------------------------------- 52
3.2.1 黏接奈米碳管探針-------------------------------------- 52
3.2.2 奈米碳管探針最佳化------------------------------------- 57
3.3 奈米碳管探針應用於半導體之量測應用部分---------- 68
3.3.1 奈米碳管探針掃描高深寬比樣品------------------------- 68
3.3.2 奈米碳管探針掃描小孔徑樣品---------------------------- 80
3.4 奈米碳管探針應用於生物樣品之量測應用部分------- 83
3.4.1 鋪置生物分子樣品------------------------------------ 84
3.4.2 奈米碳管探針掃描生物分子作用力探討---------------- 89
3.4.3 奈米碳管探針掃描生物樣品的高解析能力------------- 96
3.4.4 奈米碳管探針研究生物樣品的應用例------------------- 104
3.5 Nano-Peapods探針的特性探討-------------------------- 109
3.5.1 Nano-Peapods探針的穩定性研究---------------------- 109
3.5.2 Nano-Peapods探針的其他研究------------------------- 116
四、未來發展與討論--------------------------------------- 126
參考文獻------------------------------------------------------------------- 128
1. http://www.ntmdt.ru/.
2. H. Dai, J. H. Hafner, A. G. Rinzler, D. T. Colbert, and R. E. Smalley, Nature (London) 384, 147 (1996).
3. G. Nagy, M. Levy, R. Scarmozzino, R. M. Osgood, Jr., H. Dai, R. E. Smalley, C. A. Michaels, G. W. Flynn, and G. F. McLane, Appl. Phys. Lett. 73, 529 (1998).
4. N. Choi, T. Ichihashi, H. Nishijima, T. Ishida, W. Mizutani, S. Akita, Y. Nakayama, M. Ishikawa, and H. Tokumoto, Jpn. J. Appl. Phys. 39, 3707 (2000).
5. H. Dai, N. Franklin, and Jie Han, Appl. Phys. Lett. 73, 1508 (1998).
6. A. Okazaki, S. Akita, H. Nishijima, and Y. Nakayama, Jpn. J. Appl. Phys. 39, 3744 (2000).
7. A. Okazaki, T. Kishida, S. Akita, H. Nishijima, and Y. Nakayama, Jpn. J. Appl. Phys. 39, 7067 (2000).
8. A. Okazaki, S. Akita, and Y. Nakayama, Physica B 323, 151 (2002).
9. T. Arie, H. Nishijima, S. Akita, and Y. Nakayama, J. Vac. Sci. Technol. B 18,104 (2000).
10. T. Arie, N. Yoshida, S. Akita, and Y. Nakayama, J. Phys. D: Appl. Phys. 34, L43 (2001).
11. N. Yoshida, T. Arie, S. Akita, and Y. Nakayama, Physica B 323, 149-150 (2002).
12. S. D. Tzeng. C. L. Wu, Y. C. You, T. T. Chen, S. Gwo, and H. Tokumoto, Appl. Phys. Lett. 81, 5042 (2002).
13. S. Takahashi, T. Kishida, S. Akita, and Y. Nakayama, Jpn. J. Appl. Phys. 40, 4314 (2001).
14. S. Rozhok, S. Jung V. Chandrasekhar, X. lin, and V. P. Dravid, J. Vac. Sci. Technol. B 21, 323 (2000).
15. S. S. Wong, A. T. Woolley, T. W. Odom, J. L. Huang, P. Kim, D. V. Vezenov, and C. M. Lieber, Appl. Phys. Lett. 73, 3465 (1998).
16. M. Kageshima, H. Jensenius, M. Dienwiebel, Y. Nakayama, H. Tokumoto, S. P. Jarvis, and T. H. Oosterkamp, Applied Surface Science 188, 440-444 (2002).
17. A. Rothschild, S. R. Cohen, and R. Tenne, Appl. Phys. Lett. 75, 4025 (1999).
18. C. V. Nguyen, R. M. D. Stevens, J. Barber, J. Han, M. Meyyappan, M. I. Sanchez, C. Larson, and W. D. Hinsberg, Appl. Phys. Lett. 81, 901 (2002).
19. S. S. Wong, E. Joselevich, A. T. Woolley, C. L. Cheung and C. M. Lieber, Nature (London) 394, 52 (1998).
20. A. T. Woolley, C. L. Cheung, J. H. Hafner and C. M. Lieber, Chemistry &
Biology 7, R193 (2000).
21. L. Guo, J. Liang, S. Dong, Z. Xu, and Q. Zhao, Appl. Surf. Sci. (2004).
22. C. V. Nguyen, C. So, R. M. Stevens, Y. Li, L. Delziet, P. Sarrazin, and M. Meyyappan, J. Phys. Chem. B 108, 2816 (2004).
23. J. S. Bunch, T. N. Rhodin, and P. L. Mceuen, Nanotechnology 15, S76 (2004).
24. S. Akita, H. Nishijima, and Y. Nakayama, J. Phys. D: Appl. Phys. 33, 2673 (2000).
25. S. Akita, and Y. Nakayama, Jpn. J. Appl. Phys. 40, 4289 (2001).
26. K. Moloni, M. R. Buss and R. P. Andres, Ultramicroscopy 80, 237 (1999).
27. S. P. Jarvis, T. Ichihashi, T. Ishida, H. Tokumoto, and Y. Nakayama, J. Phys. Chem. B 104, 6091 (2000).
28. C. V. Nguyen, K. J. Chao, R. M. D. Stevens, L. Delzeit, A. Cassell, J. Han, and M. Meyyappan, Nanotechnology 12 363 (2001).
29. T. Larsen, K. Moloni, F. Flack, M. A. Eriksson, M. G. Lagally, and C. T. Black, Appl. Phys. Lett. 80, 1996 (2002).
30. S. Iijima , Nature 354, 56 (1991).
31. P. M. Ajyan, and S. Iijima , Nature 358, 23 (1992).
32. L. C. Qin, Z. K. Zhao, K. Hirahara, Y. Miyamoto, Y. Ando, and S. Iijima ,
Nature 408, 50 (2000).
33. T. W. Ebbesen, and P. M. Ajyan , Nature 358, 220 (1992).
34. D. S. Bethune, C. H. Kiang, M. S. de Vries, G.Gorman, R. Savoy, J. Vasques, and R. Beyers, Nature 363, 605 (1993).
35. L. F. Sun, J. M. Mao, Z. W. Pan, B. H. Chang, W. Y. Zhou, G. Wang, L. X. Qian, and S. S. Xie, Appl. Phys. Lett. 74, 644 (1999).
36. L. F. Sun, S. S. Xie, J. M. Mao, Z. W. Pan, B. H. Chang, W. Y. Zhou, G. Wang, and L. X. Qian, Appl. Phys. Lett. 76, 828 (2000).
37. Y. Y. Wei, Gyula Eres, V. I. Merkulov, and D. H. Lowndes, Appl. Phys. Lett. 78, 1394 (2001).
38. X. Z. Liao, A. Serquis, Q. X. Jia, D. E. Peterson, Y. T. Zhu, and H. F. Xu, Appl. Phys. Lett. 82, 2694 (2003).
39. O. A. Nerushev, S. Dittmar, R.-E. Morjan, F. Rohmund, and E. E. B. Campbell, J. Appl. Phys. 93, 4185 (2003).
40. L. C. Qin, D. Zhou, A. R. Krauss, and D. M. Gruen, Appl. Phys. Lett. 72, 3437 (1998).
41. Shi-Cheng Chen, Liang-Yuan Shih, Yu-Chen Chang, George-C Tu, and I-Nan Lin, J. Vac. Sci. Technol. B 19, 1026 (2001).
42. J. Yu, J. Ahn, Q. Zhang, S. F. Yoon, Rusli, Y. J. Li, B. Gan, K. Chew, and K. H. Tan, J. Appl. Phys. 91, 433 (2002).
43. N. Wang and B. D. Yao, Appl. Phys. Lett. 78, 4028 (2001).
44. M. Tanemura, K. Iwata, K. Takahashi, Y. Fujimoto, F. Okuyama, H. Sugie, and V. Filip, J. Appl. Phys. 90, 1529 (2001).
45. X. K. Wang, X. W. Lin, V. P. Dravid, J. B. Ketterson, and R. P. H. Chang, Appl. Phys. Lett. 66, 2430 (1995).
46. J. L. Kwo, C. C. Tsou, Meiso Yokoyama, I. N. Lin, C. C. Lee, W. C. Wang, and F. Y. Chuang, J. Vac. Sci. Technol. B 19, 23 (2001).
47. Y. Zhang, H. Gu, and S. Iijima, Appl. Phys. Lett. 73, 3827 (1998).
48. A. A. Puretzky, D. B. Geohegan, X. Fan, and S. J. Pennycook, Appl. Phys. Lett. 76, 182 (2000).
49. J. P. Lu, Phys. Rev. Lett. 79, 1297 (1997).
50. M. M. J. Treacy, T. W. Ebbesen, and J. M. Gibson, Nature 381, 678 (1996).
51. E. W. Wong, P. E. Sheehan, and C. M. Lieber, Science 277, 1971 (1997).
52. S. Iijima, C. Brabec, A. Maiti, and J. Bernholc, J. Chem. Phys. 104, 2089 (1996).
53. T. W. Ebbesen, H. J. Lezec, H. Hiura, J. W. Bennett, H. F. Ghaemi, and T. Thin, Nature 382, 54 (1996).
54. R. Saito, G. Dresselhaus, and M. S. Dresselhaus, Phys. Rev. B 53, 2044 (1996).
55. L. Langer, V. Bayot, E. Grivei, J.-P. Issi, J. P. Heremans, C. H. Olk, L.
Stockman, C. Van Haesendonck, and Y. Bruynseraede, Phys. Rev. Lett. 76, 479 (1996).
56. Leonor Chico, Lorin X. Benedict, Steven G. Louie, and Marvin L. Cohen, Phys. Rev. B 54, 2600 (1996).
57. Hyoung Joon Choi and Jisoon Ihm, Phys. Rev. B 59, 2267 (1999).
58. P. Delaney, M. Di Ventra, and S. T. Pantelides, Appl. Phys. Lett. 75, 3787 (1999).
59. Christopher Roland, Marco Buongiorno Nardelli, Jian Wang, and Hong Guo, Phys. Rev. Lett. 84, 2921 (2000).
60. Leonor Chico, Lorin X. Benedict, Steven G. Louie, and Marvin L. Cohen, Phys. Rev. B 61, 10511 (2000).
61. Jian Wu, Wenhui Duan, Bing-Lin Gu, Jing-Zhi Yu, and Yoshiyuki Kawazoe, Appl. Phys. Lett. 77, 2554 (2000).
62. Hyoung Joon Choi, Jisoon Ihm, Steven G. Louie, and Marvin L. Cohen, Phys. Rev. Lett. 84, 2917 (2000).
63. M. Kociak, A. Yu. Kasumov, S. Guéron, B. Reulet, I. I. Khodos, Yu. B. Gorbatov, V. T. Volkov, L. Vaccarini, and H. Bouchiat, Phys. Rev. Lett. 86, 2416 (2001).
64. J. González, Phys. Rev. Lett. 88, 076403 (2002).
65. B. W. Smith, M. Monthioux, and D. E. Luzzi, Nature 396, 323 (1998).
66. J. Sloan, R. E. Dunin-Borkowski, J. L. Hutchison, K. S. Coleman, V. C.
Williams, J. B. Claridge, A. P.E. York, C. Xu, S. R. Bailey, G. Brown, S. Friedrichs, and M. L.H. Green, Chem. Phys. Lett. 316, 191(2000).
67. B. W. Smith, and D. E. Luzzi, Chem. Phys. Lett. 321, 169 (2000).
68. G. H. Jeong, R. Hatakeyama, T. Hirata, K. Tohji, K. Motomiya, N. Sato, and Y. Kawazoe, Appl. Phys. Lett. 79, 4213 (2001).
69. B. W. Smith, R. M. Russo, S. B. Chikkannanavar, and D. E. Luzzi, Appl. Phys. Lett. 91, 9333 (2002).
70. G. H. Jeong, T. Hirata, R. Hatakeyama, K. Tohji, and K. Motomiya, Carbon 40, 2247 (2002).
71. X. Liu, T. Pichler, M. Knupfer, M. S. Golden, J. Fink, H. Kataura, Y. Achiba, K. Hirahara, and S. Iijima, Phys. Rev. B 65, 045419 (2002).
72. P. Ajayan, and S. Iijima, Nature 361, 333 (1993).
73. P. M. Ajayan, T. W. Ebbesen, T. Ichihashi, S. Iijima, K. Tanigaki, and H. Hiura, Nature 362, 525 (1993).
74. S. C. Tsang, Y. K. Chen, P. J. E. Harris, and M. L. H. Green, Nature 372, 159 (1994).
75. J. H. Hafner, C. L. Cheung, and C. M. Lieber, Nature 398, 761 (1999).
76. J. H. Hafner, C. L. Cheung, and C. M. Lieber, J. Am. Chem. Soc. 121, 9750 (1999).
77. C. L. Cheung, J. H. Hafner, and C. M. Lieber, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 97, 3809 (2000).
78. C. L. Cheung, J. H. Hafner, T. W. Odom, K. Kim, and C.M. Lieber, Appl. Phys. Lett. 76, 3136 (2000).
79. L. Delzeit, C. V. Nguyen, R. M. D. Stevens, J. Han, and M. Meyyappan, Nanotechnology 13 280 (2002).
80. F. M. Pan, Y.B. Liu, Y. Chang, C. Y. Chen, T. G. Tsai, M. N. Chang, and J. T. Sheu, J. Vac. Sci. Technol. B 22, 90 (2004).
81. E. Yenilmez, Q. Wang, R. J. Chen, D. Wang, and H. Dai, Appl. Phys. Lett. 80, 2225 (2002).
82. T. Ono, H. Miyashita, and M. Esashi, Nanotechnology 13 62 (2002).
83. C. Maeda, N. Ozeki, S. Kishimoto, T. Mizutani,T. Sugai, and H. Shinohara, Jpn. J. Appl. Phys. 41, 2615 (2002).
84. A. Hall, W. G. Matthews, R. Superfine, M. R. Falvo, S. Washburn, Appl. Phys. Lett. 82, 2506 (2003).
85. H. Nishijima, S. Akita, and Y. Nakayama, Jpn. J. Appl. Phys. 38, 7247 (1999).
86. S. Akita, H. Nishijima, Y. Nakayama, F. Tokumasu, and K. Takeyasu, J. Phys. D: Appl. Phys. 32, 1044 (1999).
87. Y. Nakayama, H. Nishijima, S. Akita, K. I. Hohmura, S. H. Yoshimura, and K.Takeyasu, J. Vac. Sci. Technol. B 18, 661 (2000).
88. N. D. Jonge, Y. Lamy, and M. Kaiser, Nano Lett. 3, 1621 (2003).
89. Y. Nakayama, Ultramicroscopy 91, 49-56 (2002).
90. R. M. D. Stevens, N. A. Frederick, B. L. Smith, D. E. Morse, G. D. Stucky, and P. K. Hansma, Nanotechnology 11, 1 (2000).
91. R. Stevens, C. Nguyen, A. Cassell, L. Delzeit, M. Meyyappan, and J. Han, Appl. Phys. Lett. 77, 3453 (2000).
92. Jie Liu et al., science 280, 1253 (1998).
93. J. H. Hafner, C. L. Cheung, T. H. Oosterkamp, and C. M. Lieber, J. Phys. Chem. B 105, 743 (2001).
94. S. Akita, and Y. Nakayama, Jpn. J. Appl. Phys. 42, 3933 (2003).
95. H. Negishi, M. Ohashi, S. Akita, and Y. Nakayama, Jpn. J. Appl. Phys. 42, 4866 (2003).
96. W. Han, S. M. Lindsay, M. Dlakic, and R. E. Harrington, Nature 386, 563 (1997).
97. Y. L. Lyubchenko, and L. S. Schlyakhtenko, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 94, 496 (1997).
98. D. J. Muller, D. Fotiadis, S. Scheuring, S. Muller, and A. Engel, Biophys. J. 76, 1101 (1999).
99. J. Fritz, D. Anselmetti, J. Jarchow, and X. Fernandez-Busquets, J. Struct. Biol. 119, 165 (1997).
100. S. S. Wong, J. D. Harper, P. T. Lansbury, and C. M. Lieber, J. Am. Chem. Soc. 120, 603 (1998).
101. S. S. Wong, A. T. Woolley, T. W. Odom, J. L. Huang, P. Kim, D. V.
Vezenov, and C. M. Lieber, Appl. Phys. Lett. 73, 3465 (1998).
102. T. Uchihashi, N. Choi, M. Tanigawa, M. Ashino, Y. Sugawara, H. Nishijima, S. Akita, Y. Nakayama, H. Tokumoto, K. Yokoyama, S. Morita, and M. Ishikawa, Jpn. J. Appl. Phys. 39, L887 (2000).
103. K. Umemura, J. Komatsu, T. Uchihashi, N. Choi, S. Ikawa, T. Nishinaka, T. Shibata, Y. Nakayama, S. Katsura, A. Mizuno, H. Ztokumoto, M. Ishikawa, and R. Kuroda, Biochem. Biophys. Res. Commun. 281, 390 (2001).
104. S. S. Wong, A. T. Woolley, E. Joselevich, and C. M. Lieber, Chem. Phys. Lett. 306, 219 (1999).
105. A. T. Woolley, C. Guillemette, C. L. Cheung, D. E. Housman, and C. M. Lieber, Nature Biotechnology 18, 760 (2000).
106. J. Liu, A. G. Rinzler, H. Dai, J. H. Hafner, R. K. Bradley, P. J. Boul, A. Lu, T. Iverson, K. Shelimov, C. B. Huffman, F. Rodriguez-Macias, Y.-S. Shon, T. R. Lee, D. T. Colbert, and R. E. Smalley, Science 280, 1253 (1998).
107. K. Yamamoto, S. Akita, and Y. Nakayama, Jpn. J. Appl. Phys. 35, L917 (1996).
108. K. Yamamoto, S. Akita, and Y. Nakayama, J. Phys. D: Appl. Phys. 31, L34 (1998).
109. J.-Y. M, S. C. West, Trends in Biochemical Sciences 26, 131 (2001).
110. S. I. Passy, X. Yu, Z. Li, C. M. Radding, J.-Y. Masson, S. C. West, AND
E. H. Egelman, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 96, 10684 (1999).
111. S. Yang, X. Yu, E. M. Seitz, S. C. Kowalczykowski, and E. H. Egelman, J. Mol. Biol. 314 1077 (2001).
112. A. Garg, J. Han, and S. B. Sinnott, Phys. Rev. Lett. 81 2260 (1998).
113. E. S. Snow, P. M. Campbell, and Novak, Appl. Phys. Lett. 80, 2002 (2002).
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top