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系統識別號 U0002-0308201513355000
中文論文名稱 奈米銀線的製造與性質探討
英文論文名稱 Manufacture and property of silver nanowire
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 機械與機電工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering
學年度 103
學期 2
出版年 104
研究生中文姓名 江一峯
研究生英文姓名 Yi-Feng Chiang
學號 602370040
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2015-07-06
論文頁數 73頁
口試委員 指導教授-林清彬
委員-蔡有仁
委員-劉昭華
中文關鍵字 氯化銀  奈米銀線  動力學  活化能  偏氫氧化鋁 
英文關鍵字 silver chloride  silver nanowire  kinetics  activation energy  aluminum hydroxide oxide 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 本研究提出一種新穎的奈米銀線製作方法,利用UV光照射後的氯化銀作為晶種,藉由多元醇合成法在120℃、130℃、140℃、150℃及160℃溫度下成功製造出奈米銀線,並探討在不同反應溫度下,奈米銀線長度與時間之成長動力學,在120℃到150℃的動力學是由Fick’s擴散機制及Case II界面擴散所控制,其中Fick’s擴散控制所需活化能約192kJ⁄mol,Case II界面控制所需活化能約50kJ⁄mol,在160℃動力學是由Fick’s擴散機制所控制。另外,本研究藉由加工崁入技術製得偏氫氧化鋁/奈米銀線複合薄膜,經一段時間時效後,奈米銀線與擴散進入複合薄膜的水氣反應成銀離子後,擴散進入偏氫氧化鋁基材中形成偏氫氧化鋁∕銀的奈米複合薄膜。
英文摘要 This study proposes a novel method of fabricating silver nanowires. Silver nanowires were successfully produced at 120℃, 130℃, 140℃, 150℃and 160℃ by polyol method that used silver chloride which was UV irradiated as the seed. Moreover, the relation of the kinetic energy growth among different reaction temperatures , the length of sliver nanowires and reaction time was discussed. The kinetic energy growth between 120℃ and 150℃ was controlled from Fick's diffusion mechanism and interface diffusionin Case II. Among them, the activation energy of Fick's diffusion controlled was about 192 kJ⁄mol, and the activation energy of interface controlled was about 50 kJ⁄mol. Furthermore, this study manufactured aluminium hydroxide oxide/silver nanowire nanocomposite film by embedded process. After aging a period of time, the silver nanowires combined with water which diffused into nanocomposite and then changed to silver ion. And the silver ion diffused into aluminium hydroxide oxide substrate to make the aluminium hydroxide oxide/silver nanocomposite film.
論文目次 總目錄
第1章 導論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧 3
1.2.1 奈米銀線介紹 3
1.2.2 奈米銀線的製備方法 4
1.2.2.1 模板合成法 4
1.2.2.2 晶種合成法 7
1.2.2.3 多元醇合成法 9
1.2.3 奈米銀∕氫氧化鋁奈米複合材料 12
1.3 研究動機 15
第2章 實驗設計 16
2.1 實驗材料與設備 16
2.1.1 實驗材料 16
2.1.2 實驗設備 17
2.2 實驗步驟 19
2.2.1 氯化銀顆粒的製作 19
2.2.2 奈米銀線的製作 19
2.2.3 奈米銀線∕偏氫氧化鋁複合薄膜製作 20
2.3 設備介紹與顯微結構觀察 21
2.3.1 穿透式電子顯微鏡(TEM) 21
2.3.2 共軛焦顯微鏡 21
2.3.3 場發射槍掃描式電子顯微鏡(FE-SEM) 21
第3章 結果與討論 23
3.1 奈米銀線成長機制 23
3.2 奈米銀線成長動力學 29
3.3 偏氫氧化鋁∕奈米銀線複合薄膜之時效 46
第4章 結論 69
第5章 參考文獻 70
圖目錄
圖1 1固態的銀以金屬鍵鍵結在一起,價電子形成電子雲圍繞在離子核周遭[18] 4
圖1 2(a)AAO模板的AFM圖(b)AAO模板橫截面的FE-SEM圖[10] 6
圖1 3 AAO模板部份溶解的奈米銀線陣列FE-SEM圖(a)上視圖(b)橫截面[10] 6
圖1 4 AAO模板溶解後的奈米銀線陣列SEM圖(a)上視圖(b)放大圖(c)橫截面(d)較短的奈米銀線圖[11] 7
圖1 5實驗步驟示意圖:通過銀晶種生成奈米銀線過程[13] 8
圖1 6由銀核成長至奈米銀線[19] 10
圖1 7實驗步驟示意圖:藉由多元醇法透過鉑晶種生成奈米銀線過程[16] 11
圖1 8藉由多元醇法生成奈米銀線中,加入銅鹽的作用反應[17] 12
圖1 9奈米銀顆粒於氫氧化鋁的複合過程[20] 14
圖3 1在160℃的環境下使用多元合成法製造的銀晶核之TEM圖 25
圖3 2在160℃的環境下使用多元合成法製造的銀晶核持續成長之TEM圖 26
圖3 3雙五面體(five-twinned)結構的銀晶種之TEM圖 26
圖3 4因PVP分子的影響下導致銀晶核呈現非等方向性成長之TEM圖 27
圖3 5 在160℃下反應成長的奈米銀線TEM圖,奈米銀線被保護劑(PVP)包覆住,銀離子擴散時受阻使銀晶種成非等向性成長之 27
圖3 6 在160℃下反應成長的奈米銀線在{1 0 0}面受PVP包覆的TEM圖 28
圖3 7 在160℃環境下製作的奈米銀線TEM圖 28
圖3 8 為160℃環境下奈米銀線在(a)1分鐘之TEM圖(b)4分鐘(c)10分鐘;(d)20分鐘;(e)40分鐘;(f)80分鐘;(g)160分鐘;(h)320分鐘的成長變化之LSCM圖 31
圖3 9 為150℃環境下奈米銀線在(a)1分鐘之TEM圖(b)4分鐘(c)10分鐘;(d)20分鐘;(e)30分鐘;(f)40分鐘;(g)80分鐘;(h)160分鐘;(i)320分鐘的成長變化之LSCM圖 32
圖3 10為140℃環境下奈米銀線在(a)1分鐘之TEM圖;(b)4分鐘;(c)10分鐘;(d)20分鐘;(e)30分鐘;(f)40分鐘;(g)80分鐘;(h)160分鐘;(i)320分鐘的成長變化之LSCM圖 34
圖3 11為130℃環境下奈米銀線在(a)1分鐘之TEM圖;(b)4分鐘;(c)10分鐘;(d)20分鐘;(e)30分鐘;(f)40分鐘;(g)50分鐘;(h)60分鐘;(i)70分鐘;(j)80分鐘;(k)160分鐘;(l)320分鐘的成長變化之LSCM圖 36
圖3 12為120℃環境下奈米銀線在(a)1分鐘之TEM圖;(b)4分鐘;(c)10分鐘;(d)20分鐘;(e)40分鐘;(f)50分鐘;(g)60分鐘;(h)70分鐘;(i)80分鐘;(j)160分鐘;(k)320分鐘的成長變化之LSCM圖 38
圖3 13奈米銀線成長曲線圖 39
圖3 14奈米銀線於溫度(a)120℃;(b)130℃;(c)140℃;(d)150℃下生長 44
圖3 15多元醇合成法成長奈米銀線之成長曲線區域Ⅰ,平均長度對時間 之變化曲線配合圖 45
圖3 16奈米銀線平均線長成長之Arrhenius圖 45
圖3 17為奈米銀線與鋁片加工後在室溫下靜置(a)1天;(b)23天;(c)44天;(d)52天;(e)65天的FE-SEM圖, 51
圖3 18在室內金屬鋁與奈米銀線電化學腐蝕反應示意圖 52
圖3 19擴散頸縮(Diffusion Necking)示意圖 52
圖3 20奈米銀線退火處理後之TEM圖(a)受熱時間短(b)受熱時間長 53
圖3 21奈米銀線與鋁片加工後靜置1天的FE-SEM圖,較平區域為加工區,可發現沒有電化學腐蝕反應 54
圖3 22為奈米銀線與鋁片加工後靜置23天之FE-SEM圖(a)加工區;(b)非加工區;(c)明顯分辨加工區與非加工區之界面;(d)為 圖(c)放大圖 57
圖3 23為奈米銀線與鋁片加工後靜置44天之FE-SEM圖(a)左邊為加工區,右邊為非加工區;(b)為圖(a)放大圖;(c)為圖(b)放大圖;(d)鋁片剖斷面;(e)為圖(d)方大圖 61
圖3 24為奈米銀線與鋁片加工後靜置52天之FE-SEM圖(a)兩邊為加工區,中間為非加工區;(b)非加工區的氫氧化鋁晶粒增長;(c)奈米銀線逐漸擴散進入鋁片;(d)為圖(c)放大圖 64
圖3 25為奈米銀線與鋁片加工後靜置65天之FE-SEM圖(a)氫氧化鋁晶粒破裂;(b)為圖(a)放大圖;(c)受水氣影響的氧化鋁層;(d)加工區表面破裂 67
圖3 26奈米銀線加工後TEM圖(a)受加工變形的奈米銀線;(b)為圖(a)放大圖 68
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