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系統識別號 U0002-2106201114455300
中文論文名稱 有機分子與金鍵結形成自我組裝單層膜導電特性研究
英文論文名稱 Studies of self-assembled monolayers of designed organic oligomers and characeteristics of theirs conducting properties
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 化學學系碩士班
系所名稱(英) Department of Chemistry
學年度 99
學期 2
出版年 100
研究生中文姓名 李雅欣
研究生英文姓名 Ya-Shin Li
學號 698160099
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2011-06-01
論文頁數 118頁
口試委員 指導教授-李世元
委員-賴信志
委員-方國權
委員-林世明
中文關鍵字 原子力顯微術  自我組裝單層膜  二噻吩  噻吩  硫醇化合物   
英文關鍵字 c-AFM  Conductive Atomic Force Microscopy  Self-Assembled Monolayer  Conductivity  Gold  Thiophene Bithiophene 
學科別分類 學科別自然科學化學
中文摘要 我們成功合成出一系列以噻吩及苯環為主體架構之有機分子,並藉由硫醇在金屬金片上自發性形成整齊排列的自我組裝單層膜(Self-Assembled Monolayers,SAMs),並利用導電式原子力顯微術量測這些有機分子形成SAM後的導電能力。結果發現亞甲基碳鍊數會高度影響這類型有機分子形成SAM後的導電性,隨著亞甲基碳鍊數的增加導電性明顯降低很多,甚至喪失導電性。
英文摘要 Some organic molecules were designed and based on the combination of thiophenyl and phenyl structural moiety. These thiol compounds form the Self-Assembled Monolayer(SAMs) by a spontaneously chemical reaction on the surface of gold. The conductance of these SAMs were measured by conductive Atomic Force Microscopy(c-AFM)technology. The experimental results showed that the conductivity were determined by the length of methylene group of the anchoring site.
論文目次 第一章緒論-------------------------------------------------1
1-1 自我組裝單層膜-----------------------------------------2
1-1.1 自我組裝單層膜之架構---------------------------------3
1-1.2 自我組裝單層膜製備與機制-----------------------------9
1-1.3 SAMs傾斜及奇-偶效應(Odd-Even Effect)-------------13
1-2 原子力顯微術------------------------------------------19
1-2.1 原子力顯微鏡原理與組成------------------------------21
1-2.2 原子力顯微鏡測量模式--------------------------------23
1-2.3 導電式原子力顯微術----------------------------------25
1-2.4 導電式原子力顯微鏡之優缺點--------------------------26
第二章有機奈米分子之設計與合成----------------------------27
2-1 有機溶劑乾燥------------------------------------------28
2-2 實驗儀器與檢測方法------------------------------------29
2-3 有機奈米分子合成之反應步驟與製備----------------------31
2-4 有機奈米分子之吸收光譜及性質--------------------------63
第三章 有機奈米分子之導電性質測試-------------------------68
3-1 循環伏安法(Cyclic Voltammetry, CV):----------------68
3-2 導電式原子力顯微術(Conductive Atom Force Microscopy, AFM):---------------------------------------------------73
第四章 結論-----------------------------------------------83
第五章 光譜-----------------------------------------------85
第六章 參考資料------------------------------------------117

v
圖目錄
圖 一、 SAMs結構圖 ............................................................. 3
圖 二、 脂肪酸在氧化銀(AgO)、氧化鋁(Al2O3)上形成之SAMs ............................................................................. 5
圖 三、 聚矽氧烷(polysiloxane) ........................................ 5
圖 四、 有機矽化物形成SAMs之反應機制示意圖 ............ 6
圖 五、文獻中常被探討之硫化物 .......................................... 7
圖 六、 芳香族有機硫化物 .................................................... 8
圖 七、 有機薄膜製備方法 .................................................... 9
圖 八、 液相沉積法製備SAMs ........................................... 11
圖 九、 吸附形式改變示意圖 .............................................. 12
圖 十、 有機硫化物與金之反應機制示意圖 ...................... 12
圖 十一、 灰色球代表硫原子,白色球代表金原子 .......... 13
圖 十二、 深灰色球為硫原子,淺灰色球為金原子 .......... 13
圖 十三、 噻吩為主體架構的硫醇化合物 .......................... 14

圖 十四、 硫醇在金屬表面形成SAMs的傾斜(Tilt Angle,)、扭轉(Rotation,)角度示意圖 ...................... 14
圖 十五、 化合物B在金表面形成SAMs的二維結構示意圖....................................................................................... 15
vi
圖 十六、化合物A在金表面形成SAMs的二維結構示意圖 ........................................................................................... 15
圖 十七、 硫醇化合物在金屬表面形成SAMs的奇-偶效應 ........................................................................................... 16
圖 十八、 芳香硫化物在金上形成的SAMs ....................... 17
圖 十九、 三聯苯硫醇化合物 .............................................. 17
圖 二十、 硫醇化合物在金屬金與銀表面形成SAMs的厚度 ........................................................................................... 18
圖 二十一、 硫醇化合物在金屬金與銀表面形成SAMs的傾斜角度 .............................................................................. 18
圖 二十二、 AFM偵測原理示意圖 ..................................... 22
圖 二十三、 AFM成像示意圖 ............................................. 22
圖 二十四、 接觸式AFM ..................................................... 23
圖 二十五、 非接觸式AFM ................................................. 24
圖 二十六、 輕拍式AFM ..................................................... 24
圖 二十七、 (右)表面粗操示意圖;(左)表面導電示意圖....................................................................................... 25
圖 二十八、 電流/電壓曲線(IV curve) ........................... 25
圖 二十九、 有機奈米導電分子 .......................................... 27
圖 三十、 C-1化合物之逆合成圖 ....................................... 31
圖 三十一、 二噻吩化合物之合成 ...................................... 32
vii
圖 三十二、 5-溴-2,2’-二噻吩化合物之合成 ...................... 33
圖 三十三、 5-溴-2,2’-二噻吩化合物之合成 ...................... 34
圖 三十四、 4-溴苯-甲醇化合物之合成.............................. 35
圖 三十五、 4-溴苯硫酚乙酸酯化合物之合成 ................... 36
圖 三十六、 4-(5-(Thiophen-2-yl)thiophen-2-yl)benzyl ethanethioate化合物之合成 ............................................ 37
圖 三十七、 4-(5-(5-Formylthiophen-2-yl)thiophen-2-yl) benzyl ethan- ..................................................................... 38
圖 三十八、 C-1化合物之合成 ........................................... 39
圖 三十九、 C-2化合物之逆合成圖 ................................... 40
圖 四十、 1-溴-4-(3-溴丙烷)苯化合物之合成 .................... 41
圖 四十一、 3-(4-Bromophenyl)propyl ethanethioate化合物之合成 .............................................................................. 42
圖 四十二、 3-(4-(5-(Thiophen-2-yl)thiophen-2-yl)phenyl) propyl ethanethioate化合物之合成 ................................ 43
圖 四十三、 3-(4-(5-(5-Formylthiophen-2-yl)thiophen-2-yl) ........................................................................................... 44
圖 四十四、 C-2化合物之合成 ........................................... 45
圖 四十五、 C-3化合物之逆合成圖 ................................... 46
圖 四十六、1-Bromo-4-(6-bromohexyl)benzene化合物之合成
viii
........................................................................................... 47
圖 四十七、 6-(4-Bromophenyl)hexyl ethanethioate化合物之合成................................................................................... 48
圖 四十八、 6-(4-(5-(Thiophen-2-yl)thiophen-2-yl)phenyl) hexyl ethanethioate化合物之合成 .................................. 49
圖 四十九、 6-(4-(5-(5-Formylthiophen-2-yl)thiophen-2-yl) phenyl) .............................................................................. 50
圖 五十、 C-3化合物之合成 ............................................... 51
圖 五十一、 C-4化合物之逆合成圖 ................................... 52
圖 五十二、 噻吩硼化物之合成 .......................................... 53
圖 五十三、 2-(4-(Thiophen-2-yl)phenyl)thiophene化合物之合成................................................................................... 54
圖 五十四、 2-(4-(5-Bromothiophen-2-yl)phenyl)thiophene化合物之合成 ...................................................................... 55
圖 五十五、2-(3-Bromopropyl)-5-(4-(thiophen-2-yl)phenyl) thio- ................................................................................... 56
圖 五十六、 3-(5-(4-(Thiophen-2-yl)phenyl)thiophen-2-yl) propyl ethanethioate化合物之合成 ................................ 57
圖 五十七、 C-4化合物之合成 ........................................... 58
圖 五十八、 C-5化合物之合成 ........................................... 59
圖 五十九、 2-(6-Bromohexyl)-5-(4-(thiophen-2-yl)phenyl)
ix
thio- ................................................................................... 60
圖 六十、 6-(5-(4-(Thiophen-2-yl)phenyl)thiophen-2-yl)hexyl ethanethioate化合物之合成 ............................................ 61
圖 六十一、 C-5化合物之合成 ........................................... 62
圖 六十二、 C-1化合物之吸收光光譜 ............................... 63
圖 六十三、 C-2化合物之吸收光光譜 ............................... 64
圖 六十四、 C-3化合物之吸收光光譜 ............................... 64
圖 六十五、 C-4化合物之吸收光光譜 ............................... 65
圖 六十六、 C-5化合物之吸收光光譜 ............................... 65
圖 六十七、 C-1、C-2、C-3、C-4、C-5化合物之吸收光光譜....................................................................................... 66
圖 六十八、 C-1、C-2、C-3、C-4、C-5化合物之吸收光性質....................................................................................... 66
圖 六十九、 C-1化合物之CV圖 ........................................ 69
圖 七十、 C-2化合物之CV圖 ............................................ 69
圖 七十一、 C-3化合物之CV圖 ........................................ 70
圖 七十二、 C-4化合物之CV圖 ........................................ 70
圖 七十三、 C-5化合物之CV圖 ........................................ 71
圖 七十四、 C-1、C-2、C-3、C-4、C-5化合物之CV疊圖 ........................................................................................... 71
x
圖 七十五、 顏色亮度範圍示意圖 ...................................... 74
圖 七十六、 純金金片的之(a) 粗糙度分析圖、(b) 地勢3D圖....................................................................................... 74
圖 七十七、 純金晶片之表面定性分析圖 .......................... 75
圖 七十八、 純金的電流趨勢圖 .......................................... 75
圖 七十九、 C-1化合物行成之SAMs ................................ 76
圖 八十、 C-1化合物形成SAMs之(a) 粗糙度分析圖、(b)地勢3D圖 ........................................................................ 76
圖 八十一、 C-1化合物之表面電性分析圖 ....................... 77
圖 八十二、 C-1化合物之電流趨勢圖 ............................... 77
圖 八十三、 C-2化合物行成之SAMs ................................ 78
圖 八十四、 C-2化合物形成SAMs之(a) 粗糙度分析圖、(b)地勢3D圖 ................................................................... 78
圖 八十五、 C-2化合物之表面電性分析圖 ....................... 79
圖 八十六、 C-2化合物電流分析圖 ................................... 79
圖 八十七、 C-3化合物形成之SAMs ................................ 80
圖 八十八、 C-3化合物形成SAMs之 (a)粗糙度分析圖、(b)地勢3D圖 ................................................................... 80
圖 八十九、 C-3化合物表面電性分析圖 ........................... 81
xi
圖 九十、 C-2化合物電流分析圖 ....................................... 81
圖 九十一、 純金與C-1、C-2、C-3導電度之疊圖 .......... 82
表目錄
表 一、 各類掃描探針顯微技術 .......................................... 19
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