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研究生:陳嘉展
研究生(外文):Jia-Zhan Chen
論文名稱:利用甲烷以ECR-CVD合成奈米碳管之研究
論文名稱(外文):Study of Carbon Nanotubes Synthesized from Methane by ECR-CVD
指導教授:吳文端
指導教授(外文):Wen-Tuan Wu
學位類別:碩士
校院名稱:南台科技大學
系所名稱:電機工程系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
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
中文關鍵詞:奈米碳管化學氣相沉積法
外文關鍵詞:carbon nanotubechemical vapor deposition
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  本研究利用電子迴旋共振式電漿化學氣相沉積法,以甲烷碳氫化合物為碳源、鎳金屬為觸媒,於溫度500℃製程下合成奈米碳管,藉由同樣厚度30Å鎳觸媒薄膜,但改變前處理及微波功率等實驗參數合成長碳管。以SEM、TEM、Raman 分析奈米管的成長特性,並對其方向性成長行為進行研究。
  實驗結果顯示,合成奈米碳管之前處理的重要性,要確實將鎳薄膜粒子化才有機會能合成出奈米碳管;微波功率不宜設定太低。本研究發現在將達到碳源脫離氫效果最好與觸媒粒子做結合,微波功率提高有助於奈米碳管較長合成的長度;竹節狀結構形成的機制主要來自於碳原子在鎳觸媒內的擴散與週期性的表面析出飽和,而我們的奈米碳管是屬於 tip growth mode。
  根據研究的結果,可知我們合成的奈米碳管,其特性雖然不如文獻中在高溫下合成的奈米碳管好,有著更多的缺陷,但藉由我們準確的控制其各種的製程參數,可以大幅改善其缺陷與雜質。在最佳化的合成條件下碳管的成長速率約為0.2μm/min,其不僅準直性佳由Raman分析結果可知IG/ID值為0.97,此一結果優於文獻中以CVD成長的米奈碳管。
摘要 ii
英文摘要 iii
致謝 v
目次 vi
表目錄 vii
圖目錄 ix
第一章 序論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機 2
第二章 理論基礎與文獻回顧 3
2.1奈米碳管結構 3
2.2奈米碳管電學、力學及熱傳導性質 6
2.2.1 奈米碳管的電學生質 6
2.2.2 奈米碳管的力學性質 6
2.2.3 奈米碳管的熱傳導性質 7
2.3 奈米碳管合成方法 8
2.3.1 電弧放電法 8
2.3.2 雷射蒸發法 9
2.3.3 化學氣相沉積法 10
2.3.4 各沉積法的比較 13
2.4 奈米碳管順向成長原理 14
2.4.1 凡得瓦爾力 14
2.4.2 模板輔助合成 14
2.4.3 電場 15
2.5 奈米碳管氣相合成機制 16
2.6 奈米碳管應用領域 20
第三章 實驗設備與方法 22
3.1 實驗流程圖 22
3.2 觸媒選擇 23
3.3 實驗設備與材料 22
3.3.1 電子束蒸鍍機 24
3.3.2 ECR-CVD系統設備 24
3.3.3 實驗材料 24
3.4 實驗步驟 26
3.5 表面型態與結構分析設備 27
3.5.1 場發射掃描式電子顯微鏡 27
3.5.2 場發射穿隧式電子顥微鏡 28
3.5.3 微區拉曼光譜分析 29
3.6 SEM、TEM試片的準備 30
第四章 實驗結果與討論 31
4.1 觸媒粒子化之觀察 31
4.2 前處理對合成奈米碳管的影響 34
4.3 奈米碳管與碳膜成長關係 40
4.3.1 碳膜形成的主要原因 40
4.3.2 奈米碳管在碳膜下的成長機制 40
4.4 微波功率對奈米碳管的影響 45
4.5 TEM之奈米碳管結構特性探討 46
4.5.1 奈米碳管之石墨-石墨層間距 46
4.5.2 竹節狀奈米碳管結構 46
4.5.3 彎曲和轉折的奈米碳管 47
4.6 奈米碳管包覆鎳觸媒與石墨結構之關係 51
第五章 結論 54
參考文獻 55
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