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研究生:伍安義
研究生(外文):An-Yi Wo
論文名稱:以化學還原法合成奈米銀-銅粒子及其特性分析研究
論文名稱(外文):Preparation and characterization of Ag-Cu bimetallic nanoparticles by chemical reduction method
指導教授:周更生周更生引用關係
指導教授(外文):Kan-Sen Chou
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:化學工程學系
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:67
中文關鍵詞:奈米粒子雙金屬粒子化學還原法銀-銅
相關次數:
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摘要

本研究室以葡萄糖作為還原劑,利用化學還原法製備奈米級Ag- Cu粒子,在此過程中還必須加入鹼劑及保護劑。鹼劑是為促進反應的進行,選用的是urea+NaoH的混合型鹼劑系統;而保護劑則是為了不使粒子之間彼此聚集,選用的是分子量40000的PVP。反應的溫度於高溫(85oC)下,以利於尿素的裂解及加快反應的速度。

在研究中我們已經可以製備出不同組成之Ag-Cu奈米粒子,並瞭解它們的粒徑大小;而PVP濃度及尿素濃度亦會影響到粒子之大小與分佈,研究結果顯示PVP若是過量粒子會變大,而尿素用量的增加有助於粒子的均一化。

在粒子微結構的鑑定方面,可由EDS來獲知整顆粒子組成,再以XPS得知粒子表面組成,再加上Ag、Cu轉化率與時間關係圖的輔助,吾人推測粒子之結構為Ag-AgCu-Ag(類似球型的三明治結構)。

而在將製備好的粒子作應用之前還需要進行純化的步驟,吾人以丙酮清洗利用極性的差異使奈米粒子沈降於容器底部,而多餘的自由PVP(未吸附於奈米粒子上者)則留在上層,經過清洗後之奈米粒子其純度可到達87wt%。

在純化完成後奈米粒子膠體溶液即可作為導電墨水,將墨水塗畫在PI基板上形成線路,並給予高溫熱處理,熱處理完後即可導電,在此我們探討三種不同組成導線之電遷移現象,結果顯示導線中所含的銅元素成分越高,導線之電阻越穩定,不隨著時間上升。
第一章 前言 1
1.1 奈米粒子簡介 1
1.2 奈米粒子的性質 1
1.3 奈米粒子的應用 3
1.4 研究動機 4

第二章 文獻回顧
2.1 化學還原法製備奈米粒子 5
2.2 銅奈米粒子製備方法 7
2.3 雙金屬奈米粒子之製備 11
2.4 銀銅合金於工業上之用途 16
2.5 電遷移之原理 17
2.6 本實驗室奈米銀製程回顧 19
2.7 奈米金屬微粒的燒結行為 20

第三章 銀-銅奈米粒子之製備
3.1 實驗藥品 23
3.2 實驗儀器 23
3.3 實驗流程 24
3.3-1 化學還原法合成銀-銅奈米粒子 24
3.3-2 合成粒子的純化 27
3.3-3 分析方法 29

第四章 銀-銅奈米粒子合成之實驗結果及討論
4-1 銅電極及銀電極之檢量線 30
4-2 原子吸收光譜(AA)之檢量線 31
4.3 轉化率及最佳製程 33
4-4 反應條件對奈米粒子粒徑之影響 37
4-5 粒子的結構鑑定 46
4-6 Ag-Cu粒子之燒結現象研究 49
4-7 Ag-Cu粒子之TGA分析 52
4-8 電遷移現象之研究 54
4-9 金屬之色彩與光澤 57

第五章 結論 63

第六章 參考文獻 64









圖目錄

圖2.3-1 金-銀奈米粒子的UV光譜圖 11
圖2.3-2 不同莫耳比之Aucore –Agshell 核殼型奈米粒子UV吸收光譜 12
圖2.3-3 不同莫耳比之Agcore-Aushell 核殼型奈米粒子UV吸收光譜 12
圖2.3-4 金銀雙金屬奈米粒子之UV光譜 13
圖2.3-5 奈米粒子最大吸收峰對時間的追蹤圖 13
圖2.3-6 Cu/Cu雙金屬奈米粒子生成機制 14
圖2.3-7 Au-Cu奈米粒子經燒結後而產生均一的合金相 14
圖2.3-8 Au-Cu粉末經過不同溫度熱處理之XRD圖譜 15
圖2.4-1 Ag-Cu合金相圖 16
圖2.5-1 鋁離子在晶格位能井中承受電力(FE)和電子風力(FP)
之示意圖 17
圖2.7-1奈米銀堆積薄膜之燒結行為 21
圖2.7-2 不同熱處理溫度下,奈米銀薄膜之電阻率 22
圖3.3-1.1 製備銀銅合金奈米粒子流程圖 26
圖3.3-2.1 加入丙酮以幫助粒子沉降之示意圖 27
圖3.3-2.2 銀-銅合金奈米粒子純化流程圖 28
圖4-1.1 銀離子電極之檢量線 30
圖4-1.2 銅離子電極之檢量線 31
圖4-2.1 銅離子AA校正曲線 32
圖4-2.2 銀離子AA校正曲線 32
圖4-3.1 尿素用量與轉化率關係圖 34
圖4-3.2 銀銅奈米粒子前驅鹽與產物組成關係圖 35
圖4-4.1 組成為Ag91-Cu9之奈米粒子TEM照片 38
圖4-4.2 組成為Ag84-Cu16之奈米粒子TEM照片 39
圖4-4.3 組成為Ag77-Cu23之奈米粒子TEM照片 39
圖4-4.4 組成為Ag72-Cu28之奈米粒子TEM照片 40
圖4-4.5 組成為Ag65-Cu35之奈米粒子TEM照片 40
圖4-5.6 PVP用量(相對於原本的用量)與粒子平均粒徑的關係 41
圖4-4.6 添加尿素時還原奈米銀 42
圖4-4.7 無添加尿素時還原奈米銀 42
圖4-4.8 尿素濃度為0M時粒子之TEM照片 43
圖4-4.9 尿素濃度為0.33M時粒子之TEM照片 44
圖4-4.10 尿素濃度為0.66M時粒子之TEM照片 44
圖4-4.11 尿素濃度為1.0M時粒子之TEM照片 45
圖4-4.12 尿素濃度為1.33M時粒子之TEM照片 45
圖4-5.1 Ag-Cu奈米粒子之EDS分析 47
圖4-5.1 Ag-Cu奈米粒子之XPS分析 48
圖4-5.3 反應時間與轉化率之關係 48
圖4-5.4 銀-銅奈米粒子結構圖 49
圖4-6.1 Ag77-Cu23微粉之XRD圖 50
圖4-6.2 Ag77-Cu23微粉經熱處理後之XRD圖譜 51
圖4-7.1 經清洗過後之銀銅粒子TGA分析圖 53
圖4-8.1 將導電墨水填充於筆中 55
圖4-8.2 塗畫在PI上並進行熱處理 55
圖4-8.3 熱處理完成後線路即可導電 55
圖4-8.4 捲曲的PI膜 56
圖4-8.5 將PI膜黏貼在氧化鋁基板上 56
圖4-8.6 電遷移實驗設計圖 56
圖4-8.7 不同組成導線之電阻對時間關係圖 57
圖4-9.1 沒經過熱處理 58
圖4-9.2 經過150oC,30min熱處理 58
圖4-9.3 經過200oC,30min熱處理 59
圖4-9.4 經過250oC,30min熱處理 59
圖4-9.5 經過300oC,30min熱處理 60
圖4-9.6 Ag薄膜之反射光譜圖 61
圖4-9.7 Ag90Cu10薄膜之反射光譜圖 62
圖4-9.8 Ag80Cu20薄膜之反射光譜圖 62
圖4-9.9 Ag70Cu30薄膜之反射光譜圖 63













表目錄

表1.2-1 銅奈米粒子粒徑與表面能量 3
表1.2-2 奈米粒子的熔點變化 3
表2.1-1 各種金屬離子的還原條件 6
表2.1-2 不同銀錯離子的還原電位 6
表2.2-1 銅粒子製備方法 10
表4-3.1 實驗配方表 32
表4-3.2 銀銅奈米粒子前驅鹽與產物組成關係表 36
表4-4.1 實驗條件表 36
表4-4.1 粒子組成與平均粒徑之關係表 41
表4-4.2 以尿素為變因之反應條件表 43
表4-4.2 不同尿素濃度對粒子粒徑及分布的影響 46
表4-6.1 Ag77Cu23微粉在不同溫度下熱處理的XPS元素分析 52
表4.6-2 Ag77-Cu23微粒在熱處理過後之粒徑大小及繞射峰角度變化52
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