臺灣博碩士論文加值系統

目前光電產品如液晶顯示器、太陽能電池、觸控面板、發光二極體等光電產品所使用的透明導電膜中，多數以銦錫氧化物(tin doped indium oxide, ITO)為主流材料，主要原因ITO具備了高透光性以及良好的導電性質，因此已經廣泛應用於光電元件上之導電電極，不過未來銦礦的儲存量將會面臨短缺的危機，且銦本身價格也偏高，導致轉而尋求其他取代材料。本研究將以所合成的銀奈米線應用在透明導電膜上，探討其取代傳統以ITO作為主要透明導電膜材料的可行性，以增進透明導電薄膜相關領域的發展。
本論文採用多元醇法(polyol process)合成銀奈米線，利用乙二醇在高溫時具有還原特性，將硝酸銀(AgNO3)還原出銀原子，並加入聚乙烯吡咯烷酮(N-vinylpyrrolidone, PVP)保護劑幫助銀奈米線成長。有別於其他文獻必須使用金屬鹽類(PtCl2;NaCl)還原成奈米金屬顆粒作為晶種來源。在實驗結果方面，合成時不同的溫度、使用的PVP分子量、PVP與AgNO3莫耳比等參數，皆會影響銀奈米線成長。研究中以SEM、UV-Vis吸收光譜及XRD圖譜分析鑑定確認產物形態及成長特性，本研究最後成功製備直徑為170 nm且長度為21 μm的銀奈米線。在銀奈米線薄膜製備方面，改變熱處理時間和溫度，並以UV-Vis穿透圖譜和四點探針量測分析薄膜的穿透度與片電阻，本研究獲得穿透度為80 %，而片電阻為12 Ω/sq的銀奈米線薄膜。

In the study, we used the polyol method to synthesize silver nanowire, and the use of silver nitrate (AgNO3) as the precursor for seeds. Unlike other studies,we not use the metal salts (PtCl2, NaCl) as the seed precursors before the synthesis of silver nanowires. The experimental results show that the different synthesis temperature, Poly(N-vinylpyrrolidone) (PVP) molecular weight, the concentration of reactants and the addition rate of silver nitrate will affect the growth characteristics of silver nanowires. SEM, UV-Vis spectra and XRD have been employed to characterize the silver nanowires.
When the synthesis temperature is higher than 180 oC, the nucleation rate is too fast. Therefore, the particles are homogeneous nucleation and the formation of silver particles. When increasing the concentration of PVP, the diameter of the silver nanowires will be widened to cause a smaller aspect ratio. This study successfully prepared silver nanowires with a diameter of 170 nm and a length
of 21 μm. Finally, the transmittance and sheet resistance were measured by UV-VIS-NIR spectrophotometer and four-point probe I-V test, respectively.The solution-type silver nanowire thin film shows high transmittance, low sheet
resistance and can be used for transparent conductive film application.

中文摘要 I
Abstract II
圖目錄 VI
表目錄 VIII
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究動機與目的 3
第二章 文獻回顧 4
2-1 透明導電薄膜之簡介及應用 4
2-1-1 透明導電薄膜之簡介 4
2-1-2 透明導電薄膜的應用 12
2-2 銀奈米線的製備方法 15
2-2-1 模板合成法(template-mediated process) 17
2-2-2 晶種合成法(seed-mediated growth) 19
2-2-3 多元醇合成法(polyol process) 21
2-2-4 零維奈米結構之自組裝(self-assembly) 25
第三章 研究方法 26
3-1 實驗藥品 26
3-2 實驗方法 27
3-2-1 玻璃基板之RCA 親水處理 27
3-2-2 合成銀奈米線之實驗流程圖 29
3-2-3 利用合成出的銀奈米線製備透明導電膜 31
3-3 材料分析及設備 33
3-3-1 銀奈米結構紫外光-可見光光譜儀(UV-Vis)分析 33
3-3-2 熱場發射掃描式電子顯微鏡(FE-SEM)分析 34
3-3-3 奈米銀線之X 光繞射分析儀(XRD) 36
3-3-4 四點探針電性量測分析(four probe measurement) 37
第四章 結果與討論 38
4-1 銀奈米線基本成長 38
4-1-1 使用PVP 不同分子量的影響 38
4-1-2 PVP 濃度對於銀奈米線影響 42
4-1-3 銀奈米線UV-Vis 吸收光譜分析 46
4-1-4 銀奈米線之XRD 分析 48
4-2 使用銀奈米線製備透明導電薄膜 51
4-2-1 銀奈米線透明導電薄膜可見光穿透率之分析 51
4-2-2 銀奈米線透明導電薄膜片電阻之分析 54
第五章 結論 56
參考文獻 57

圖目錄
圖2-1 不同導電高分子的結構式 7
圖2-2 石墨片的網格結構以及單壁奈米碳管各參數的幾何意義 9
圖2-3 二維平面的石墨烯結構作為其他碳材料的基本單元 10
圖2-4 電容式觸控面板的結構 13
圖2-5 有機發光二極體的結構 14
圖2-6 液晶元件之結構 14
圖2-7 硬模板所合成的奈米銀線 18
圖2-8 軟模板所合成的奈米銀線 18
圖2-9 晶種合成法之主要合成步驟 20
圖2-10 晶種合成法所合成的奈米銀線 20
圖2-11 多醇合成法製備奈米銀線之流程圖 21
圖2-12 進行多元醇合成法的成核步驟所得到不同形態的成核粒子 24
圖2-13 多元醇合成反應時PVP 吸附於特定晶面的示意圖 24
圖2-14 零維奈米結構之自組裝所得奈米銀棒及奈米銀線 25
圖3-1 玻璃基板清洗流程圖 27
圖3-2 合成銀奈米線之實驗流程圖 29
圖3-3 銀奈米線懸浮液製備透明導電膜之實驗流程圖 31
圖3-4 紫外光-可見光光譜儀(UV-Vis) 33
圖3-5 熱場發射掃描式電子顯微鏡(FE-SEM) 34
圖3-6 X 光繞射分析儀(XRD) 36
圖3-7 四點探針量測示意圖 37
圖4-1 PVP (Mw=40000)與硝酸銀不同莫耳濃度比值之銀奈米結構5 39
圖4-2 PVP (Mw=360000)與硝酸銀不同莫耳濃度比值之銀奈米結構 41
圖4-3 PVP (Mw=360000)與硝酸銀不同莫耳濃度比值之銀奈米結構 44
圖4-4 不同PVP 濃度包覆銀粒子之示意圖 45
圖4-5 合成銀奈米線不同時間之吸收 47
圖4-6 銀奈米線生成機制之簡要示意圖 47
圖4-7 多元醇法合成銀奈米線XRD 圖 49
圖4-8 面心立方晶體結構{100}晶面之原子密度 49
圖4-9 面心立方晶體結構{111}晶面之原子密度 50
圖4-10 銀奈米線生長示意圖 50
圖4-11 以20 mL 銀奈米線懸浮液製備透明導電薄膜之可見光穿透率 52
圖4-12 以30 mL 銀奈米線懸浮液製備透明導電薄膜之可見光穿透率 52
圖4-13 不同的旋轉速率製備透明導電薄膜 53
圖4-14 以20 mL 銀奈米線懸浮液製備透明導電薄膜之片電阻值 54
圖4-15 以30 mL 銀奈米線懸浮液製備透明導電薄膜之片電阻值 55

表目錄
表2-1 比較不同透明導電金屬氧化物的結構及性質 5
表2-2 各種製備奈米碳管技術比較 8
表2-3 新型透明導電材料與ITO 性質之比較 11
表2-4 合成銀奈米線重要參考文獻之摘要 15
表3-1 SEM 工作環境參數 35
表3-2 XRD 工作環境參數 37

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