由高解析TEM電子顯微鏡觀察碳管細(xì)微結(jié)構(gòu)

奈米碳管的組成結(jié)構(gòu)有兩種，分別為Single-walled nanotubes (SWNT)和Multi-walled nanotubes (MWNT)，

皆必須以人為操作利用各種不同方式來(lái)制作。奈米碳管的制程方式一般最常被使用的方法有電弧放電法、雷射氣化法、太陽(yáng)能法及催化劑化學(xué)氣相沉積法四種方法。

近年來(lái)，制程方式仍持續(xù)被研究發(fā)展，如微波電漿化學(xué)氣相沉積法Microwave plasma enhanced chemical vapor deposition；MPE-CVD)

本實(shí)驗(yàn)室以催化劑化學(xué)氣相沉積法，利用碳?xì)浠�合物氣體(CH4、H2)于高溫時(shí)，在催化劑表面產(chǎn)生熱分解，進(jìn)而沉積成長(zhǎng)出中空管狀結(jié)構(gòu)奈米碳管。

研究目的在于探討反應(yīng)溫度、氣體濃度組成、氣體流量及反應(yīng)時(shí)間等制程參數(shù)條件對(duì)奈米碳管成長(zhǎng)與特性之影響。

我們由實(shí)驗(yàn)結(jié)果中發(fā)現(xiàn)在反應(yīng)溫度1100℃與1200℃時(shí)，除了出現(xiàn)正常奈米碳管之外，也存在異常球狀結(jié)構(gòu)的奈米碳管，長(zhǎng)度均可達(dá)11μm以上。

不同的甲烷濃度，在相同的反應(yīng)時(shí)間下，具有不同的奈米碳管直徑變化，根據(jù)奈米碳管直徑變化可計(jì)算出增厚速率。我們由TEM的繞射圖計(jì)算出(002)面的Lc值，

以便瞭解奈米碳管的結(jié)晶排列程度。因此由高解析TEM電子顯微鏡的Lattice image分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相互平行碳層堆積排列的層數(shù)會(huì)隨碳管直徑變大而增加，

愈往碳管外側(cè)延伸，碳層排列規(guī)則愈散亂，造成碳管表面粗糙化。

A. 奈米碳管

奈米碳管方面包括快速成長(zhǎng)制程之研發(fā)以及奈米碳管之相關(guān)應(yīng)用。針對(duì)快速成長(zhǎng)制程方面，我們于2004 年發(fā)表了以添加矽的鐵薄膜催化劑，于370℃下 成長(zhǎng)準(zhǔn)直排列之奈米碳管，其成長(zhǎng)速率高達(dá)13μm/min。
得到的奈米碳管具有與高溫下低成長(zhǎng)速率得到一樣好的結(jié)構(gòu)。少了矽的添加成長(zhǎng)溫度將超過(guò)650℃，
且其碳管的結(jié)構(gòu)也不佳。近來(lái)，我們更進(jìn)一步的發(fā)表了添加少量的鋁于含矽的鐵催化劑里，能更進(jìn)一步的增加奈米碳管的成長(zhǎng)速率。

另外，在制程上，我們最新的研究成果顯示出，藉由中斷式(非連續(xù)式)的成長(zhǎng)方式，更可使成長(zhǎng)速率增加到~30μm/min。除了針對(duì)快速成長(zhǎng)奈米碳管的催化劑以及制程上的開發(fā)外，
我們也研究快速成長(zhǎng)奈米碳管的成長(zhǎng)機(jī)制。另外，針對(duì)碳管的應(yīng)用，主要的研究方向?yàn)閳?chǎng)發(fā)射、超級(jí)電容以及DMFC。

　

B. 氧化鋅

氧化鋅的研究方向主要為成長(zhǎng)各種氧化鋅的奈米結(jié)構(gòu)，其中包含奈米線、奈米墻、奈米薄膜等，同時(shí)也研究其在氣體感測(cè)器以及透明導(dǎo)電薄膜上之應(yīng)用。在成長(zhǎng)氧化鋅奈米結(jié)構(gòu)中，

我們開發(fā)一個(gè)新穎的奈米結(jié)構(gòu)制備方法，得以準(zhǔn)確控制奈米結(jié)構(gòu)之形貌（包含鋅奈米線/柱、奈米墻、奈米花）此制備方式完全與現(xiàn)有半導(dǎo)體技術(shù)相容，且可大量生產(chǎn)。

因此，以此新穎方式成長(zhǎng)的成長(zhǎng)機(jī)制也在研究成果之中探討。同時(shí)，我們也開發(fā)不同的方式制備氧化鋅奈米線，其中包括電紡織、化學(xué)氣相沉積等，而其目的主要為將獲得之氧化鋅奈米線進(jìn)行氣體感測(cè)器之應(yīng)用，所獲得之感測(cè)效率優(yōu)于文憲之報(bào)導(dǎo)。除此之外，主持人也針對(duì)氧化鋅薄膜在透明導(dǎo)電玻璃上的應(yīng)用進(jìn)行相關(guān)研究，其主要是以三明治結(jié)構(gòu)，利用氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜夾金屬薄膜，來(lái)提供高導(dǎo)電且穿透率高之電極使用。