淡江大學覺生紀念圖書館 (TKU Library)
進階搜尋


下載電子全文限經由淡江IP使用) 
系統識別號 U0002-1508201113183600
中文論文名稱 一維氧化鋅奈米結構自發性與電場控制成長及其物理 機制探討
英文論文名稱 Spontaneous growth mechanism、Electric Field Control and Optical properties of 1D ZnO nanostructures
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 物理學系碩士班
系所名稱(英) Department of Physics
學年度 99
學期 2
出版年 100
研究生中文姓名 許詩涵
研究生英文姓名 Shih-han Hsu
學號 698210282
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2011-07-15
論文頁數 62頁
口試委員 指導教授-葉炳宏
委員-唐建堯
委員-吳文偉
中文關鍵字 氧化鋅  奈米線  自發性成長機制 
英文關鍵字 Zinc oxide  nanowire  Spontaneous growth mechanism 
學科別分類 學科別自然科學物理
中文摘要 氧化鋅奈米元件會操作在不同環境條件,當元件操作於濕度
環境、氣體及化學溶劑環境會導致氧化鋅奈米線產生變質.本研
究將針對氧化鋅奈米線於濕度環境下的自發成長機制作探討。當
氧化鋅奈米結構置於相對濕度在80%±5%時,約18 小時的時間可
以觀察到氧化鋅奈米線本體成長出明顯的分枝結構。當相對濕度
於70%±5%區間,氧化鋅奈米線無法在18 小時內成長分枝結構,
但當時間拉長至20 天時,氧化鋅奈米線本體亦可成長出分枝結
構。若相對濕度超過85%,因為奈米線本體表面無法成核,即使
經過很長的時間亦無法成長出分枝結構。當水氣和氧化鋅奈米線
本體反應時會產生帶負電的水溶液,因此可以利用外加電場控制
其生長方向。藉由成長機制的探討,能將氧化鋅奈米線元件操作
於不同環境底下,且確保元件不會因為外部環境造成損壞.
英文摘要 Zinc oxide nanowires devices will be operated in different
environment conditions, the morphology of ZnO NWs will be variant due to the humidity, gas and chemical convictions. This study was focused on the spontaneous growth mechanism of ZnO NWs in different humidity.
Around RH80%±5%, the branch ZnO nanostructures were fabricated from the origin ZnO NWs within 18hr. Around RH70%±5%,the branch ZnO NWs did not growth until 20days.When the humidity over RH85%,the branch ZnO were not fabricated even if for long time that’s due to the origin ZnO NWs surface cannot nucleated. The branch ZnO NWs synthesized in room temperature and analyzed by OM、SEM and TEM.By using electric field, the growth direction of the brench ZnO NWs can be controlled. In this research work, the regrowth mechanism can be figured out and the ZnO-based NWs devices can be operated in different environment conditions without degenerating efficiency.
論文目次 第一章 緒論.............................................1
1.1 前言...............................................1
1.2 簡介...............................................3
1.3 研究動機...........................................4
第二章 理論與文獻回顧.................................5
2.1 氧化鋅奈米線之合成................................5
2.1.1 化學氣相沉積法..............................5
2.1.2 水熱法......................................6
2.2 氧化鋅奈米線分支結構成長.........................7
2.3 極性水溶液對氧化鋅奈米線之影響....................8
2.4 自發性成長碳酸鋅奈米結構..........................8
2.5 材料的非線性現象..................................9
2.5.1 成核........................................9
2.5.2 生長........................................10
第三章 實驗步驟與研究方法...........................12
3.1 研究方法.........................................12
3.1.1 氧化鋅奈米線製備...........................12
3.1.2 實驗流程...................................13
3.1.3 實驗步驟...................................14
3.1.4 實驗環境變因設定...........................16
3.2 實驗儀器.........................................18
3.2.1 SEM(掃描式電子顯微鏡) .....................18
3.2.2 TEM(穿隧式電子顯微鏡) .....................18
3.2.3 Photoluminescence .........................19
第四章 實驗結果與討論................................20
4.1 濕度環境對氧化鋅奈米線自發成長影響...............20
4.2 濕度環境下電荷累積對自發成長的影響...............30
4.3 濕度環境下施加電場對自發成長的影響...............33
4.4 自發性成長氧化鋅奈米線光學性質...................46
4.5 SEM 分析.........................................51
4.6 TEM 分析.........................................55
第五章 總結論.........................................57
5.1 成長機制總結.....................................57
5.2 分析處理總結.....................................57
5.3 奈米元件不適當操作環境...........................58
第六章 未來工作.......................................59
6.1 未來工作.........................................59
參考文獻................................................61
圖 目 錄
圖1-1 氧化鋅奈米線表體比例圖.............................2
圖1-2 氧化鋅閃鋅礦結構...................................4
圖2-1 Lieber 團隊成長示意圖................................7
圖2-2 β相成核示意圖....................................9
圖2-3 系統內部溶質原子濃度分布...........................9
圖3-1 Vapor-Solid 成長機制示意圖..........................12
圖3-2 實驗流程圖........................................13
圖3-3 樣品示意圖.........................................15
圖3-4 實驗變因..........................................17
圖3-5 光致激發示意圖....................................19
圖4-1 相對濕度80%±5%奈米線成長組圖......................22
圖4-2 相對濕度70%±5%奈米線成長組圖......................23
圖4-3 相對濕度90%±5%奈米線成長組圖......................23
圖4-4 氧化鋅奈米線表面溶解現象...........................23
圖4-5 氧化鋅成長相圖.....................................27
圖4-6 濃度梯度關係圖.....................................28
圖4-7 自發性成長示意圖...................................28
圖4-8 電荷累積樣品圖示...................................30
圖4-9 電荷累積實驗組光學顯微鏡圖.........................31
圖4-10 電場施加示意圖 .................................33
圖4-11 多根氧化鋅奈米線在外加電場下自發成長光學顯微鏡圖..34
圖4-12 單根氧化鋅奈米線在外加電場下自發成長光學顯微鏡圖..35
圖4-13 多根氧化鋅奈米線外加電場自發成長SEM 圖............36
圖4-14 單根氧化鋅奈米線外加電場自發成長SEM 圖............37
圖4-15 電場方向示意圖....................................38
圖4-16 電場作用下自發性成長示意圖........................39
圖4-17 多根氧化鋅奈米線外加電場光學顯微鏡圖..............41
圖4-18 氧化鋅奈米線本體在電場作用下的表面形貌............43
圖4-19 氧化鋅奈米線電場密集處SEM 圖像....................44
圖4-20 氧化鋅奈米線本體底部成長圖........................45
圖4-21 PL 光譜照射區域...................................47
圖4-22 氧化鋅奈米線本體中心PL 光譜.......................47
圖4-23 氧化鋅奈米線本體與分支結構邊界PL 光譜.............48
圖4-24 氧化鋅奈米線分支結構PL 光譜.......................48
圖4-25 自發性成長氧化鋅奈米線光譜比較圖..................49
圖4-26 分支結構退火前後PL 光譜圖.........................50
圖4-27 擴散機制造成的三種生長情況存在....................52
圖4-28 自發性成長過程中的不同形貌........................53
圖4-29 SEM 元素分析.......................................54
圖4-30 TEM 圖像:本體與分支結構 與 HR 圖像................55
圖4-31 TEM 圖像..........................................56
表 目 錄
表4-1 溫度與飽和蒸汽壓關係圖..........................25
參考文獻 [1] Feldheim, D. L. and Foss, C. A. Jr., Ed. Metal Nanoparticles:Synthesis, Characterization, and Applications; Marcel Dekker: New York,(2002)
[2]嚴鴻仁、徐善慧, 《科學發展》,431 期,28-32 頁(2008)
[3] Castro, T.; Reifenberger, R.; Choi, E.; Andres, P. Phys. Rev. B 1990,13, 8548
[4] A. M. Morales, and C. M. Lieber, Science 279,208-211 (1998).
[5] Yi Cui,Qingqiao Wei,Hongkun Park,and Charles
M.Lieber,SCIENCE293,1289-1292(2001)
[6] Zhong Lin Wang,Jinhui Song, VOL 312, SCIENCE,242-245(2006)
[7] Daisuke Ito, Michael L. Jespersen and James E.Hutchison,ACS Nano, 2 (10), pp 2001–2006(2008)
[8] Chun Cheng, Ming Lei, Lin Feng, Tai Lun Wong, K. M. Ho, Kwok Kwong Fung, Michael M. T. Loy, Dapeng Yu and Ning Wang, ACS Nano, 3 (1), pp 53–58 (2009)
[9] Joon-Yub Kima, Jin Woo Chob and Sung Hyun Kim,Materials Letters Volume 65, Issue 8, 30 April, Pages 1161-1164 (2011)
[10] Bin Xiang, Pengwei Wang, Xingzheng Zhang, Shadi. A. Dayeh,David P. R. Aplin, Cesare Soci, Dapeng Yu, and Deli Wang,Nano Lett., 7 (2), pp 323–328,(2007)
[11] Yi-Feng Lin, Jinhui Song, Yong Ding1, Shih-Yuan Lu, and Zhong Lin Wang ,Appl. Phys. Lett. 92, 022105 (2008)
[12] Seung-Eon Ahn, Hyun Jin Ji, Kanghyun Kim, Gyu Tae Kim, Chang Hyun Bae, Seung Min Park, Yong-Kwan Kim, and Jeong Sook Ha ,Appl. Phys. Lett. 90, 153106 (2007)
[13] Q. H. Li, Q. Wan, Y. X. Liang, and T. H. Wang, Appl. Phys. Lett. 84,4556 (2004).
[14] M. Law, D. J. Sirbuly, J. C. Johnson, J. Goldberger, R. J. Saykally and P. Yang, Science 305, 1269 (2004).
[15] Te-Yu Wei , Ping-Hung Yeh , Shih-Yuan Lu and Zhong Lin Wang, J.Am. Chem. Soc. 131 (48), pp 17690–17695 (2009)
[16] Jun Zhou, Yudong Gu, Youfan Hu, Wenjie Mai,Ping-Hung Yeh,Gang Bao,Ashok K. Sood, Dennis L. Polla,5 and Zhong Lin Wang,APPLIED PHYSICS LETTERS 94, 191103 (2009)
[17] Seung-Eon Ahn, Hyun Jin Ji, Kanghyun Kim, Gyu Tae Kim, Chang
Hyun Bae, Seung Min Park, Yong-Kwan Kim, and Jeong Sook
Ha,Appl. Phys. Lett. 90, 153106 (2007)
[18] Zhong Lin Wang J. Phys.: Condens. Matter 16 R829,(2004)
[19] Deli Wang, Fang Qian, Chen Yang, Zhaohui Zhong, and Charles M.Lieber, Nano Letters, 4 (5), pp 871–874, (2004)
[20] F.L. Deepak, Pearl Saldanha, S.R.C. Vivekchand, A. Govindaraj,Chemical Physics Letters 417 535–539(2006)
[21] Zhengwei Pan,Jing Tao, Yimei Zhu,Jing-Fang Huang,and M. Parans Paranthaman,Chem. Mater. 22, 149–154 149 (2010)
[22]李言榮,惲正中/著,材料物理學概論 Materials Physics
Introduction,394 頁,五南
[23] W. C. de Baat, Recl. Trav. Chim. Pays-Bas, Vol 45, pp 237, (1926).
[24] Renee B. Peterson, Clark L. Fields,and Brian A. Gregg, Langmuir 20, 5114-5118(2004)
[25] Satoshi Yamabi and Hiroaki Imai, J. Mater. Chem., 12,
3773–3778(2002)
論文使用權限
  • 同意紙本無償授權給館內讀者為學術之目的重製使用,於2016-09-09公開。
  • 同意授權瀏覽/列印電子全文服務,於2016-09-09起公開。


  • 若您有任何疑問,請與我們聯絡!
    圖書館: 請來電 (02)2621-5656 轉 2281 或 來信