臺灣博碩士論文加值系統

在本研究中，利用熱燈絲蒸鍍法於矽基板上以無觸媒方式生長一維三氧化鎢奈米材料。比較不同實驗環境參數下成長差異，選用蒸鍍源鎢絲溫度1500 ℃、腔體氬氣壓力100 torr、成長時間10分鐘條件下所成長之一維奈米材料；若鎢絲溫度或腔體壓力過高與過低，及其他成長條件時，所成長奈米材料之形貌與一致性均不如上述條件優異。由拉曼光譜圖、X光繞射譜線與區域電子繞射結果得知此一維奈米材料為立方晶系(cubic system)之三氧化鎢(WO3)，空間群組為Pm3m，晶格常數為a = b = c = 3.72 Å。此外，根據變溫X光繞射譜線，當環境溫度低於145 K，有ㄧX光繞射峰值出現於23.64∘，顯示短程有序結構產生。
根據M-H磁滯曲線圖得知，三氧化鎢為典型抗磁性材料，且其抗磁磁化率幾乎不隨溫度變化。由統計力學Langevin公式所得磁化強度進行模擬計算，其飽和磁矩約1.98*10-1 emu/g，單位質量磁矩數約為40，抗磁磁化率約為 -2.6*10-4 /g，其上述一維三氧化鎢奈米棒總重量推估為1*10-4克。而其場發射效應，由於為滿電子殼層結構，因此自由電荷極少造成場發射電流極低，需加較大偏壓方能引發微弱場發射電流，應用價值並不高。

In this study one-dimensional (1D) tungsten trioxide (WO3) nanorods were synthesized on Si wafers without catalyst using a hot-filament thermal evaporation. The 1D WO3 nanorods were synthesizd at an optimal experimental condition that the tungsten is heated at 1500 ℃, the vacuum chamber is 100 torr of argon atmosphere, and the deposition time is 10 minutes. Using Raman spectroscopy, x-ray diffractometry (XRD), and selected area electron diffractometry (SAED), the 1D WO3 nanorods are determined as a cubic crystal in space group Pm3m with lattice constants a = b = c = 3.72 Å。In addition, according to the variable temperature XRD spectra, a diffraction peak of 23.64∘appears at 145 K, indicating that a short range ordering structure is generated.
From the M-H hysteresis loop of the 1D WO3 nanorod, we find the 1D WO3 nanorod is a typical diamagnetic oxide materials, and its diamagnetic susceptibility is independent of temperature. By using Langevin statistical equation, the saturated magnetic moment of the 1D nanorod is simulated at 1.98x10-1 emu/g, its mB and diamagnetic susceptibility are 40 and -2.6x10-4, respectively. The total weight of the synthesized 1D WO3 nanorods is about 1x10-4 g. Because the outmost shell of WO3 is fill-filled, electron current emitted from the 1D WO3 nanorods need large applied electric field, indicating that the 1D WO3 nanorods is not suitable for electrical emitter.

致謝…………………………………………………………………………… Ⅰ
摘要…………………………………………………………………………… Ⅱ
Abstract………………………………………………………………………… Ⅲ
目錄…………………………………………………………………………… Ⅳ
圖目錄………………………………………………………………………… Ⅴ
第1章 導論與文獻回顧…………………………………………………………1
1-1 一維材料簡介………………………………………………………………2
1-2 一維材料製備方法…………………………………………………………3
1-2-1 電弧放電法………………………………………………………………3
1-2-2 雷射蒸發法………………………………………………………………4
1-2-3 化學氣相沉積法…………………………………………………………5
1-2-4 碳奈米管模板法…………………………………………………………6
1-2-5 溶膠-凝膠法…………………………………………………………… 7
1-2-6 簡單物理蒸鍍法…………………………………………………………8
1-3 鎢的性質……………………………………………………………………8
1-4 氧化鎢的性質………………………………………………………………9
第2章 實驗設備與流程……………………………………………………… 11
2-1 實驗材料與設備………………………………………………………… 12
2-2 實驗流程………………………………………………………………… 13
第3章 實驗分析儀器………………………………………………………… 15
3-1 掃描式電子顯微鏡(scanning electron microscope, SEM)…………………15
3-2 能量分散光譜儀(energy dispersive spectrometer, EDS)……………………18
3-3 Ｘ光繞射儀(X-Ray diffractometer, XRD)…………………………………21
3-4 拉曼光譜儀(Raman spectroscope)……………………………………… 22
3-5 穿透式電子顯微鏡(transmission electron microscope, TEM)……………24
3-6 超導量子干涉儀(superconducting quantum interference Device,SQUID)… 27
3-7 場發射儀器(field emission emitter)……………………………………… 29
第4章 實驗數據與分析……………………………………………………… 33
4-1 奈米材料生長環境……………………………………………………… 33
4-1-1 不同成長溫度與腔體壓力影響……………………………………… 34
4-1-2 不同成長溫度與製成時間影響……………………………………… 35
4-1-3 不同成長溫度與基板距離影響……………………………………… 37
4-2 晶格結構分析…………………………………………………………… 39
4-2-1 能量分散光譜………………………………………………………… 39
4-2-2 拉曼光譜……………………………………………………………… 41
4-2-3 Ｘ光繞射光譜………………………………………………………… 42
4-2-4 穿透式電子區域繞射………………………………………………… 46
4-3 磁性討論………………………………………………………………… 47
4-4 場發射量測……………………………………………………………… 51
4-5 奈米材料成長機制……………………………………………………… 53
第5章 結論…………………………………………………………………… 55
參考文獻……………………………………………………………………… 57

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