碳奈米螺旋線繩：合成、結構分析及光譜特性

Fabrication, Structural Analysis, and Spectroscopy of Carbon Helical Nanowires

邱慧珊(Hui-Shan Chiu)

指導教授 ： 陳逸聰

國立臺灣大學/理學院/化學研究所/碩士(2004年)

https://doi.org/10.6342/NTU.2004.00172

摘要

本論文將討論碳奈米螺旋線繩(carbon helical nanowires)之製備方法、生長機制、結構分析、光譜特性及其力學應用。製備的主要方法是化學沉積法，令碳氫氣體與金屬催化劑交互作用，於高溫下裂解沉積產生。實驗結果顯示，利用鎳板及銅奈米顆粒當催化劑，鎳板裂解乙炔，藉由銅奈米顆粒旋轉，將產生直徑50至300 nm之碳螺旋線繩，其週期長度與線徑的比例，與理論計算之緊密堆積理想線繩(helical close packings of ideal ropes)結果相符，可歸類為扭轉繩索(twisted rope)。在本實驗中，所有螺旋線均為雙方向同時生長，螺旋線繩以銅奈米顆粒為生長原點，並成鏡像對稱，往兩邊析出，兩側螺旋形態具相反掌性。高解析度電子顯微鏡影像顯示碳螺旋線繩為短序石墨構造(graphite-short-range-ordering)。
本實驗亦研發了Y分叉型螺旋線繩的製備方法，在生成過程中，改變碳原子於銅奈米顆粒表面擴散速度，再加上顆粒表面特有的晶面分部比例，導致部分晶面被覆誚荌惜貕吨ヾA誘使雙方向生長之螺旋線自發性地合併為單一奈米線，其構造細節將於論文中被討論。另外，我們亦利用化學沉積法，在具有圖騰的基材上合成碳螺旋線繩，這些碳螺旋線繩以頂部生長方式突出於方形小島之上，有些螺旋橫跨兩個金屬小島，提供了發展電子連接元件的應用潛能。
次外，我們利用化學分析影像能譜儀、拉曼光譜等儀器，分析碳螺旋線繩之表面特徵以及碳質結構。由碳的1s軌域結合能譜結果，可知其表面由石墨結構、微晶結構共同組成、並且擁有少販arboxyls官能基表現；拉曼光譜顯示石墨的 特徵峰(G band)以及無序特徵峰(D band)，論文中將討論其雙共振拉曼散射現象，並藉由不同激發光源研究其電子能帶結構，提供微奈米材料應用上之參考依據。

關鍵字

碳螺旋線 ； 碳奈米螺旋線 ； 奈米螺旋 ； 碳奈米線

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carbon nanowires ； helical nanowires ； carbon helical nanowires

參考文獻

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