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研究生:郭千華
研究生(外文):Chian-Hua, Guo
論文名稱:奈米碳管-金屬奈米粒子薄膜之製備與性質探討
論文名稱(外文):Preparation and properties of carbon nanotube-metal nanoparticle thin films
指導教授:林寬鋸
指導教授(外文):Kuan-Jiuh Lin
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:化學系所
學門:自然科學學門
學類:化學學類
論文種類:學術論文
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:75
中文關鍵詞:多壁奈米碳管薄膜金屬奈米粒子
外文關鍵詞:MWCNT thin filmmetal nanoparticles
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本文描述一個關於製備奈米碳管薄膜的方法。超音波霧化結合旋轉塗佈法為一連續式、簡易操作製程,所得多壁奈米碳管薄膜膜厚均勻。霧化塗佈時間為15-30分鐘,可見光譜550nm吸收之穿透率可達80%以上,片電阻值達1000Ω/sq以下,可做為觸控面板另一選用基材。為了提升多壁奈米碳管薄膜導電性,將奈米碳管置入有金屬鹽類的乙二醇溶液中,可得含有金屬奈米粒子之(例如:銀奈米粒子、金奈米粒子、鉑/銀比例為1:10的奈米粒子)奈米碳管-金屬奈米粒子薄膜。金屬奈米粒子具有表面電漿效應,導致奈米碳管-金屬奈米粒子薄膜透光率下降,經微波處理可使薄膜透光導電性質提升,更具實用性。
We used the spin-coating method combined ultrasonic atomization as a continuous, one-step process to generate transparent conducting MWCNT films. The MWCNT films providing low sheet resistance up to 1000 ohms and high transmittance up to 80% transparency at 550nm, would serve as an alternative material for touch panels. Furthermore, hybrid composite films constructed from multi-walled carbon nanotube (MWCNT) supported metal nanoparticles (Pt, Au, and Ag/Pt=10:1) can be prepared through the combination of ultrasonic atomization and spin coating method also, which introduced CNTs into the ethylene glycol of metal salt mixture. MWCNT-metal nanoparticles thin films show low transmittance because metal nanoparticles exhibit localized surface plasma resonance. To get the better transmittance in the representative MWCNT-based network, the MWCNT-metal nanoparticles thin films were carried out under microwave plasma irradiation, and thin films would be practical.
目錄
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 實驗動機與目的 2

第二章 文獻回顧 4
2.1 奈米碳管 4
2.1.1 奈米碳管簡介 4
2.1.2 奈米碳管導電性 7
2.1.3 奈米碳管分散性 8
2.2 多元醇法合成金屬奈米粒子 11
2.3 透明導電薄膜 13
2.3.1 透明導電薄膜簡介 13
2.3.2 透明導電薄膜製備方法 16
2.4 奈米碳管應用於製備透明導電薄膜 19

第三章 實驗部分 20
3.1 實驗流程 20
3.2 實驗流程圖 22
3.3 實驗藥品與檢測儀器 24
3.3.1 實驗藥品 24
3.3.2 檢測儀器 25
3.4 實驗步驟 27
3.4.1 奈米碳管前處理 27
3.4.2 原位合成金屬奈米粒子 28
3.4.3 超音波分散 29
3.4.4 超音波霧化及旋轉塗佈 30
3.4.5 熱壓轉印 31
3.5 樣品製備 32

第四章 實驗結果與討論 34
4.1 以化學氣相合成多壁奈米碳管之形貌鑑定 34
4.2 純化後多壁奈米碳管之TEM圖像 35
4.3 純化前後多壁奈米碳管之熱重分析圖譜 36
4.4 純化前後多壁奈米碳管之拉曼圖譜 40
4.5 探討多壁奈米碳管分散液之穩定性 42
4.6 多壁奈米碳管薄膜之透光率檢測 48
4.7 透光率與片電阻的時間函數 55
4.8 金屬-多壁奈米碳管薄膜實驗結果 58
4.8.1 金屬奈米粒子粒徑分析 58
4.8.2 合金(Ag/Pt=10:1)奈米粒子分析-EDS 62
4.8.3 官能化前後奈米碳管之熱重分析圖譜 64
4.8.4 探討表電將共振對薄膜穿透度與片電阻之影響 68


第五章 結論與未來展望 70

參考文獻 72
圖目錄
圖1 1990年至2008年金屬銦的平均價格變化 2
圖2碳的同素異形體管圖解 5
圖3單層石墨烯層捲曲形成各種單壁奈米碳管圖解 5
圖4表面張力-濃度曲線與界面活性劑之溶解狀態 10
圖5 線狀及點狀網絡結構之網絡導電性與覆蓋率關係圖 19
圖6 多壁奈米碳管薄膜製備流程圖 22
圖7多壁奈米碳管-金屬奈米粒子薄膜製備流程圖 23
圖8實驗裝置圖 30
圖9純化前奈米碳管:TGA圖 36
圖10純化後奈米碳管:TGA圖 37
圖11純化前後TGA曲線比較 38
圖12純化前奈米碳管拉曼圖譜 40
圖13純化後奈米碳管拉曼圖譜 40
圖14奈米碳管稀釋液之紫外光-可見光吸收圖譜 42
圖15奈米碳管稀釋液靜置一週之紫外光-可見光吸收圖譜 44
圖16靜置一週前後紫外光-可見光吸收圖譜之比較 46
圖17純化後奈米碳管薄膜紫外-可見光譜穿透率量測 48
圖18純化後奈米碳管薄膜紫外-可見光譜穿透率量測(續) 49
圖19重複製備薄膜五次之光譜穿透率量測 51
圖20重複製備薄膜五次之光譜穿透率量測(續) 52
圖21霧化旋轉塗佈5分鐘、15分鐘、30分鐘、45分鐘、60分鐘、120分鐘之紫外光-可見光譜穿透率量測 54
圖22重複霧化旋轉塗佈條件,以時間為變數,觀察穿透率及電阻變化情形 56
圖23霧化旋轉塗佈時間與片電阻關係 57
圖24霧化旋轉塗佈時間與穿透率關係 57
圖25穿透率與片電阻關係 57
圖26 TEM-鉑奈米粒子/多壁奈米碳管 59
圖27 TEM-鉑奈米粒子/多壁奈米碳管 59
圖28 TEM-鉑奈米粒子/多壁奈米碳管 59
圖29 TEM-鉑奈米粒子/多壁奈米碳管 60
圖30 TEM-銀奈米粒子/多壁奈米碳管 60
圖31 TEM-銀奈米粒子/多壁奈米碳管 60
圖32 TEM-銀奈米粒子/多壁奈米碳管 61
圖33 TEM-銀奈米粒子/多壁奈米碳管 61
圖34銀-鉑奈米粒子能量散佈分析圖譜 62

圖35各金屬奈米粒子-奈米碳管複合物與純化前後奈米碳管熱重分析 64
圖36奈米碳管-金奈米粒子薄膜熱處理前後穿透率 68
表目錄
表1 奈米碳管年表 6
表2 乙二醇還原各奈米金屬粒子的實驗參數 12
表3 透明導電薄膜分類 14
表4 TCO薄膜材料的應用領域分類 15
表5 純化前奈米碳管:重量損失百分比及其相對應溫度 36
表6 純化前奈米碳管:各溫度範圍之重量損失百分比 36
表7 純化後奈米碳管:重量損失百分比及其相對應溫度 37
表8 純化後奈米碳管:各溫度範圍之重量損失百分比 37
表9 純化後奈米碳管稀釋液在各波長拉線性所得之R2值 42
表10 稀釋液在各波長的吸收值 43
表11 純化後奈米碳管稀釋液靜置一週後在各波長拉線性所得之R2值 44
表12 靜置一週後,稀釋液在各波長的吸收值 45
表13 霧化旋轉塗佈三分鐘膜厚均勻性量測 48
表14 霧化塗佈三分鐘膜厚均勻性量測(續) 49
表15 霧化旋轉塗佈五分鐘膜厚均勻性與再現性量測 51
表16 霧化旋轉塗佈五分鐘膜厚均勻性與再現性量測(續) 52
表17 霧化旋轉塗佈時間與透光度關係 54

表18 穿透度與片電阻值相對應值 56
美商 Indium Corporation ,
Web Site: http://www.indium.com/

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