張所鋐臺灣大學：機械工程學研究所魏炳誠Wei, Bin-ChenBin-ChenWei2007-11-282018-06-282007-11-282018-06-282007http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/61292使用以二元素鐵與錫所組成之催化劑，結合化學氣相沈積法，可以成功生長碳螺旋線圈。催化劑的調配方式可以用酒精作為溶劑，混合醋酸鐵與醋酸錫，稱為溶液催化劑；或者使用電子束蒸鍍機，將鐵薄膜與錫薄膜蒸鍍在試片上，此種調配出的催化劑稱為薄膜催化劑。由溶液催化劑所成長之線圈外徑在100nm∼1100nm，線徑在100nm∼300nm，螺距在100nm∼1400nm；而以薄膜催化劑成長者線圈外徑<600nm，線徑<200nm，螺距<800nm。成長結果已由SEM與TEM檢測。二元成長機制在於使用可以成長碳管的鐵以及促使碳管蜷曲進而形成螺旋狀的線圈。相較於三元成長，其優點是製程簡單，且易於分析其成長模式。另外研究發現催化劑厚度影響碳螺旋線圈生長之平均尺寸與尺寸分佈，因此使用厚度較厚的溶液催化劑會成長出尺寸較大之碳螺旋線圈。 本文還研究以微機電製程製作出微小催化劑區塊，使碳螺旋線圈生長範圍侷限，已得到在催化劑區塊中僅有單根長度超過10微米之碳螺旋線圈。此結果對於往後鑑定以及定位碳螺旋線圈都有相當大的助益。Using two metal elements, iron and tin, to prepare catalyst and combine chemical vapor deposition (CVD) process can grow carbon coils successfully. There are tow methods to prepare catalyst. One is to mix iron acetate with tin acetate, and use alcohol as solvent to dissolve these two powders. Such a catalyst is called solution catalyst. The other method is to coat iron film and tin film on wafer by e-beam evaporator directly. This catalyst is named thin film catalyst. Coils grown by solution catalyst have coil diameter 100 nm~1100 nm, fiber diameter 100 nm~300 nm, and pitch 100 nm~1400 nm; While by thin film catalyst have coil diameter <600 nm, fiber diameter <200 nm, pitch <800 nm. Results have been observed by SEM and TEM. Iron is the key to grow carbon tubes. Tin makes carbon tubes become spiral shape. Advantages of tow-element growth of carbon coils are that the process is more convenient and it’s easy to analyze the growth model of carbon coils. It has been researched thickness of catalyst is a key point to effect average coil size and it’s range. Using solution catalyst can grow carbon coils which have larger size. Another part of this research is to make small patterns by micro electron mechanics (MEMs) process and let carbon coils grow inside the pattern. Single carbon coil whose length is above 10 μm can be got in the patterned area. This research can help assaying and locating carbon coils.目錄 誌謝 i 摘要 ii Abstract iii 目錄 iv 圖目錄 vi 表目錄 vi 第1章 緒論 1 1.1前言 1 1.2 研究動機與目標 2 第2章 文獻回顧 5 2.1碳螺旋線圈製備方式 5 2.1.1 利用鐵鉻錳鉬合金成長碳螺旋線圈 5 2.1.2 使用鐵、銦、錫三種元素來成長碳螺旋線圈 7 2.1.3 用Co(CH3COO)2 . 4H2O做為催化劑來成長碳螺旋線圈 9 2.2 其他生長碳螺旋線圈之方式 10 2.3 碳螺旋線圈的性質量測 11 2.4 方向性定位碳螺旋線圈 15 第3章 溶液催化劑生長碳螺旋線圈 18 3.1實驗流程與設備 18 3.2 溶液催化劑調配流程 26 3.3 催化劑比例結果討論 27 3.4 碳螺旋線圈外型與尺寸分析 36 3.5溶液催化劑TEM圖分析 39 第4章 薄膜催化劑生長碳螺旋線圈 44 4.1 使用鍍膜方式成長碳螺旋線圈的原因 44 4.2 實驗設計與實驗架構 45 4.3 實驗結果討論 48 4.4 薄膜催化劑生長碳螺旋線圈之電子穿遂圖分析 68 4.5 溶液催化劑與薄膜催化劑生長碳螺旋線圈之比較 72 第5章 微小催化劑區塊成長碳螺旋線圈 81 5.1 規劃微小催化劑區塊之原因 81 5.2 實驗設計與流程 83 5.3 實驗結果與討論 86 第6章 結論與未來展望 95 6.1 結論 95 6.2 未來展望 97 參考文獻 1018682835 bytesapplication/pdfen-US碳螺旋線圈化學氣相沈積法電子束蒸鍍機微機電製程carbon coilchemical vapor depositione-beam evaporatorMEMsthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/61292/1/ntu-96-R94522604-1.pdf