硫醇分子於單一金奈米線在液體中的光致吸附及脫附研究

Study of Photoinduced Adsorption and Desorption of Alkanethiols on a Single Gold Nanowire in Liquid

洪千雅(Chien-Ya Hung)

指導教授 ： 林鶴南

國立清華大學/工學院/材料科學工程學系/碩士(2014年)

https://doi.org/10.6843/NTHU.2014.00355

摘要

本實驗研究硫醇分子於單一金奈米線在液體中的光致吸附及脫附現象，先以原子力顯微術奈米微影及傳統黃光微影，製作電阻式單一奈米線化學感測器。硫醇分子和金原子會產生鍵結，其硫金鍵屬強鍵結，需使用低波長光源才能打斷。實驗以波長254奈米紫外光來促使硫金鍵氧化而斷鍵。
為了進行吸脫附研究，把製作完成的單根金奈米線放入十二烷硫醇溶液使其吸附硫醇分子達飽和。感測實驗在溶液中進行，在金奈米線的電阻達穩定後照射紫外光。照射紫外光會使其電流上升，關閉紫外光會使電流下降至原始值，其前後變化量會隨奈米線厚度減小而增加，由數據可知厚度為15奈米的奈米線，變化量可達80%，其大於厚度20奈米的34.8%。
從電流對時間關係圖觀察到電流上升和下降的過程有不同，此現象可用吸脫附機制來解釋。在電流上升有兩現象，一為快速上升達穩定，另一需要較長時間才達穩定，原因是光子的入射不一定皆能使基材電子被激發而穿隧到吸附分子軌域而斷鍵；在電流下降部分可看到有突然下降及先驟降後再緩慢下降兩現象，推測是硫醇分子脫附時存在電中性型式及離子型式，使硫醇分子與金重新鍵結過程中，因離子型式脫附分子與金表面有作用力存在而影響電流下降。
最後也在空氣中作紫外光對鋪有硫醇分子奈米線的電阻影響，可觀察到電阻沒有改變，和在溶液中明顯不同，其原因推測和介質的存在及吸附分子脫附時的型態有關，介質可以帶離完全脫附的分子，也可以使離子型式脫附分子和基材表面間的距離增加，此使得脫附分子更不會影響奈米線電阻的變化。

關鍵字

原子力顯微術 ； 電阻式單一奈米線化學感測器 ； 硫金鍵 ； 吸脫附

參考文獻

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