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研究生:張冠張
研究生(外文):Kuan-chang Chang
論文名稱:低溫超臨界二氧化碳成長ZnO奈米管
論文名稱(外文):Growth of ZnO Nanotubes by CO2 Supercritical Fluid Treatment at Low-Temperature
指導教授:楊台發
指導教授(外文):Tai-Fa Yang
學位類別:碩士
校院名稱:國立中山大學
系所名稱:機械與機電工程學系研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:83
中文關鍵詞:奈米管超臨界流體氧化鋅二氧化碳
外文關鍵詞:ZnONanotubesCO2Supercritical Fluid
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超臨界流體二氧化碳(CO2)是一種以低溫高壓處裡材料的方式,在本論文的研究之中,利用直流濺鍍的方法將Zn薄膜鍍在玻璃基板上,之後再將鍍好Zn薄膜的玻璃,置入60OC的超臨界二氧化碳流體中,並且其中混入0.15體積百分比的水,經過一個小時的靜置反應後,觀察發現鋅薄膜消失,並且產生出ZnO的奈米管之晶簇,從掃瞄式電子顯微鏡(SEM)與穿透式電子顯微鏡(TEM)中可以清楚發現,ZnO的奈米結構中是以多晶奈米管柱的方式形成。
此外,本論文還同時發現,如果以ZnO薄膜置入超臨界處理後,會有完全不相同的結構與組成,在TEM之下觀測得為ZnO單晶的形式奈米結構,並且結構為單晶柱狀,與單純的Zn薄膜所製成的多晶管完全不相同,在本論文之中,會提到有可能的形成機制,並且對此機制做更近一步研究與探討。
A low-temperature method, supercritical CO2 fluid (SCCF) technology, was applied for oxidation of metal Zn film on glass substrate at 60°C. In this study, Zn film was deposited by DC sputtering at room temperature and post-treated by SCCF, which is mixed with 0.15 vol % H2O. The scanning electron microscopy (SEM) images and transmission electron microscopic (TEM) indicate that high density ZnO Nanotubes were formed on the glass substrate. SCCF technology has shown successful oxidation the Zinc at low temperature for the first time.
目錄
英文摘要 2
中文摘要 3
第一章 序論
1.1 ZnO材料簡介 9
1-2 超臨界流體簡介 14
圖(1) 物質三相圖 15
圖(2) 二氧化碳三相圖 16
表(1) 液態、氣態、超臨界態,密度、擴散係數、黏滯係數比較 17
表(2) 各種常見氣體物質超臨界溫度與壓力 18
圖(3) 超臨界二氧化碳萃取咖啡因製程無咖啡因的咖啡豆 20
圖(4)紫杉醇與銀杏銀 21
圖(5) 超臨界二氧化碳清洗光阻 24
第二章 實驗步驟與方法
2-1 Zn與ZnO沉積薄膜 27
2-1-1基版清洗 27
2-1-2濺鍍成長薄膜 27
圖(6) 靶磁控濺鍍系統(Multi-Target Sputter) 28
2-2-1 超臨界二氧化碳處理 29
圖(7) 超臨界處理裝置 29
第三章 實驗結果與討論
實驗一:Zn薄膜超臨界二氧化碳+水處理 30
圖(8) 80nm 鋅薄膜鍍在玻璃基版上 30
圖(9) 試片經過不同超臨界處理後的外觀 31
圖(10) n-k 薄膜量測 穿透率vs波長 32
圖(11) Zn薄膜未經超臨界處理SEM 33
圖(12) Zn經過超臨界二氧化碳+水處理後SEM 34
圖(13) 超臨界處理後Zn形成奈米結構SEM圖 35
圖(14) SEM經放大處理可以發現納米柱有中孔 36
圖(15) 奈米管柱TEM圖 37
圖(16) 高解析TEM圖 38
圖(17) 奈米管電子束繞射圖(DP) 39
圖(18) 奈米管EDS分析圖 40
圖(19) ZnO奈米管PL光譜 41
實驗二:Zn薄膜超臨界二氧化碳+水+乙醇處理 42
圖(20) Zn薄膜未處理前SEM圖 42
圖(21) 奈米管2000倍SEM圖 43
圖(22) 奈米管8000倍SEM圖 44
圖(23) 奈米管30000倍SEM圖 45
圖(24) 奈米管35000倍SEM側拍圖 46
圖(25) 奈米管80000倍SEM圖 47
圖(26) 奈米管TEM明場與暗場影像 48
圖(27) 奈米管TEM高倍解析影樣(管身) 49
圖(28) 奈米管TEM高倍解析影樣(管頭) 50
圖(29) 奈米管電子束繞射圖(DP) 51
圖(30) 奈米管TEM中EDS材料分析 52
圖(31) ZnO奈米管PL光譜 53
實驗三:ZnO薄膜超臨界二氧化碳+水處理 54
圖(32) 未經超臨界處理的ZnO表面SEM 54
圖(33) 經超臨界處理後ZnO表面奈米結構 55
圖(34) ZnO奈米晶柱簇狀成型 56
圖(35) ZnO奈米晶柱簇狀結晶斷面 57
圖(36) 奈米晶柱TEM明場影像分析 58
圖(37) 奈米晶柱電子束繞射(DP) 59
圖(38) 奈米柱TEM中EDS材料分析 60
實驗四:ZnO薄膜超臨界二氧化碳+水+乙醇處理 61
圖(39) 未經處理的ZnO的SEM表面狀態 61
圖(40) 經超臨界處理500倍SEM表面影像 62
圖(41) 奈米線SEM 5000倍觀測影像 63
圖(42) ZnO奈米線TEM明場影像 64
圖(42-1) ZnO奈米線電子束繞射(DP) 65
圖(42-2) ZnO奈米線TEM中的EDS分析 66
弟四章 結果與模型討論 67
圖(43) ZnO溶解度與PH值關係圖 67
模圖(1) 液滴形成並與Zn發生反應 68
模圖(2) Zn離子擴散至液滴表面 68
模圖(3) 因液滴表面PH改變析出ZnO 69
模圖(4) ZnO奈米晶粒因表面張力沉降 69
模圖(5) 於液滴側面形成ZnO側壁 70
模圖(6) ZnO側壁不斷向上成長 70
模圖(7) ZnO側壁不斷持續向上成長 71
模圖(8) ZnO側壁不斷持續向上成長並且向下侵蝕 71
模圖(9) ZnO側壁不斷持續向上成長並且向下侵蝕 72
模圖(10) 形成ZnO奈米管 72
模型論證實驗(一) 74
圖(44) 超臨界處理20分鐘後 SEM影像 74
圖(45) 超臨界處理30分鐘後 SEM影像 75
圖(46) 經過超臨界處理40分鐘後SEM影像 76
模型論證實驗(二) 77
圖(47) 不同的放置方式與奈米結構生成與否的關係 77
模型論證實驗(三) 78
圖(48) 不同酸鹼度加入後 實驗結果示意圖 78
結論 79
第五章 參考文獻 80
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