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以電泳沉積法製備多壁奈米碳管複合電極於海水電池陰極材料的研究與應用

本實驗利用電泳沉積法(electrophoretic deposition; EPD)在不鏽鋼網上沉積多壁奈米碳管，製備海水電池之陰極。將陽極鎂合金與陰極複合電極組裝成海水電池，對其進行材料分析與電化學實驗來評估其海水電池之效益。 實驗證實，多壁奈米碳管的沉積能有效地降低陰極之內電阻及電荷轉移之阻力，使海水電池之電壓輸出穩定，電流表現也較好。此外，在進行放電的同時，也不會排放出會汙染環境的物質。

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NiMnInX變磁形狀記憶合金之研究

鐵磁性記憶合金的變磁性效應為施加磁場時，合金的相變化溫度隨之改變，可導致磁場誘發逆麻田散相變化。本研究在Ni50Mn36In14中以Ni置換Mn或以Au、Fe、Co取代Ni製作三元及四元合金塊材，探討NiMnInX特性包括：相變化溫度、微結構、變磁性效應、磁致伸縮。 將各種合金做1173K 24小時熱處理並水淬後，所得到的合金母相晶格皆為L21，麻田散相為10M或14M。 合金中以Ni置換Mn將產生Ni3In析出相。以Au取代Ni合金母相晶格常數上升。以Fe取代Ni將產生-Fe析出。 以Au、Fe取代Ni使相變化溫度及熱焓值下降；以Co取代Ni使相變化溫度大幅上升，且熱焓值亦上升，由變溫金相觀測得知熱焓值越高，麻田散相變化驅動力越大。 以Fe取代Ni使居禮溫度上升，並且母相與麻田散相磁化量差異變大，有明顯之變磁性效應。以Co取代Ni，母相與麻田散相磁化量差異亦變大，有變磁性效應。磁場下相變化溫度改變量之實驗值與計算值趨勢相符。其中Ingot #5試片在50kOe磁場下相變化溫度改變量高達35K。 從應變規量測證實Ingot #2、#3、#7與#8均有變磁性效應。磁致伸縮雖證實各合金本身磁致伸縮值不高，但以Fe取代Ni使合金磁致伸縮值上升，並且居禮溫度隨Fe比例增加而上升。

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富鎳鈦鎳記憶合金中R相雙向形狀記憶效應之研究

針對富鎳(50.74％Ni)的鈦鎳記憶合金，本論文討論合金中R相的雙向形狀記憶效應。研究主要分為三部分，第一部分探討試片經673K不同時間時效處理後之基本性質改變，經不同時效處理，母相產生不同狀態Ti3Ni4，析出物，週圍造成不同應力場，基地中的鎳含量亦改變，使試片相變態溫度變化，並造成相變態過程中出現R相，成為B2RB19‘之二階段相變態。 第二部分將673K/72ks時效處理後之試片於R相溫度做拘束處理，可觀察到R (273K)與B19‘ (77K)之間具有雙向形狀記憶效應。將試片在R相溫度做循序漸進的數次縮小尺寸拘束處理，隨著拘束環尺寸的縮小，試片在R、B19‘兩相之形狀會越來越彎曲，雙向形狀記憶效應會越來越強。XRD分析發現，673K/72ks時效處理後試片有明顯的R(011)與R(1 ̅01)兩根R相繞射峰，經過R相溫度拘束處理，傾向為R(1 ̅01)織構變強，推測織構之改變可能是使其在R(273K) B19’(77K)變化具有雙向形狀記憶效應之原因。若將試片浸於373K沸水，使試片到B2母相再降溫到298K，則會打亂R相的排列，雙向形狀記憶效應消失。 第三部分先將試片進行673K拘束時效，試片內部產生排列的Ti3Ni4析出物，試片本身會具有全方位形狀記憶效應，再將試片於R相溫度做拘束處理，探討析出物排列與R相溫度拘束處理兩者加成後對形狀記憶之效應。並討論在R相溫度使用反向拘束處理(試片彎曲方向與673K拘束時效時相反)的記憶效應。

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鐵酸鉍薄膜之光化學效應研究

本實驗研究照光輔助烘烤對溶膠-凝膠法(sol-gel)鍍製之鐵酸鉍薄膜的光化學效應。實驗分為兩部分，第一部分，BFO及B*FO(多補償5mol% Bi)薄膜分別於100℃下施加三種光源(Hal，UVA，UVC)照光輔助烘烤10分鐘；第二部分，基於溶液的吸收限界隨溫度上升會產生紅移現象，設計實驗將BFO薄膜分別於100℃ 和150℃ 兩種溫度下以三種光源照光輔助烘烤10分鐘。探討不同光源與烘烤溫度對薄膜結晶性、表面形貌及電性的影響，討論其可能的機制。 FTIR分析結果，發現Bi溶液對鐵酸鉍薄膜照光輔助烘烤時的吸光行為比Fe溶液有較大的影響，此現象將改變BFO薄膜照光輔助烘烤後的特性，推測Bi溶液的吸光特性扮演關鍵角色。 FTIR結果，UVC照光輔助烘烤確實可加速薄膜的有機物與氮化物分解、揮發的速率；拉曼光譜分析，發現UVC照光輔助的薄膜在焦化處理後，有助於鉍-氧(Bi-O)鍵結的形成，具有抑制高溫鉍揮發的效果，使薄膜在不另補償鉍的情況下即可維持化學計量比(Bi與Fe比例接近為1：1)，因此以UVC照光輔助烘烤將可改善薄膜的結晶性及表面形貌，進而提升電性。溫度效應(溶液吸收限界的紅移現象)，使UVA對BFO-B薄膜的作用變的有效且顯著，薄膜的特性表現也有所改善。 依據各項分析結果與參考相關文獻，推測BFO薄膜特性受光影響之主要原因，為溶膠―凝膠鍍膜製程中受紫外光光照產生光化學反應，促進有機物及氮化物分解與揮發，因此會影響薄膜結晶性、優選方向及表面形貌，進而影響電性表現。

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應用於圖樣化及熱輔助磁記錄之具(001)優選取向的序化鐵鉑交互彈簧磁體

圖樣化與熱輔助磁記錄媒體擁有記錄密度超過1 Terabits/in2的潛力，而具有(001)優選取向的序化鐵鉑交互彈簧磁體為實現其記錄媒體的重要基石。在本論文中我們首先在實驗上實現此交互彈簧磁體，進而在實驗與理論上研究其磁體內部的磁矩翻轉模式。實驗結果顯示在單一鐵鉑膜層中其序化伴隨著薄膜的團聚行為，導致於一序化但具有不規則孔洞的薄膜，無法利用其薄膜進一步製備圖樣化磁記錄媒體。藉由引入氧化鐵的覆蓋層我們可以在保有序化行為下抑制其薄膜團聚，成功地得到一連續、序化且具有(001)優選取向的鐵鉑薄膜。接著，我們使用原子自旋模型研究一具有軟磁邊緣的鐵鉑圖樣點內磁矩翻轉模式；其軟磁邊緣可能由於在圖樣化連續鐵鉑薄膜成奈米點的過程中產生的附加傷害而形成。計算結果顯示在不同的邊緣寬度下磁矩皆藉由成核的方式翻轉；隨著邊緣寬度的增加翻轉行為由個別的成核轉變成多個位置一起成核，而所需的成核磁場隨之降低然後飽和。在相對薄的軟磁邊緣下個別的成核行為可進一步由滴狀和反滴狀模型描述。最後，我們研究在具有不同軟磁層的居里溫度之序化鐵鉑交互彈簧磁體內磁矩翻轉行為；在熱輔助磁記錄媒體內其軟磁層的居里溫度影響高溫下熱導入寫入錯誤的大小，而軟磁膜層厚度的增加將降低加熱效率。研究結果顯示對於達成磁區壁輔助翻轉所需的軟磁膜層厚度和其居里溫度成正比，且其薄膜厚度將隨著寫入溫度地上升而進一步增加。由於增加的軟磁膜層厚度將犧牲熱輔助寫入所需的加熱效率，在保有足夠加熱效率的熱輔助寫入下將難以達成磁區壁輔助翻轉。所有結果建議著在圖樣化與熱輔助磁記錄媒體中為了保有其加熱效率，我們需引入一薄的軟磁層薄膜，而磁區壁輔助翻轉可能藉由軟磁邊緣的幫助來達成。

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以水合蛋白質作為閘極介電層之有機場效應電晶體的特性探討

本論文研究水合蛋白質介電層在有機場效應電晶體的應用，並探討水合蛋白質內移動離子對電晶體特性的影響。在2nm的五苯環夾層幫助下，以蠶絲蛋白作為介電層的碳六十有機場效應電晶體在真空中的飽和區載子遷移率可以從0.014 cm2V-1s-1提升至1 cm2V-1s-1。當碳六十有機場效應電晶體從真空取出，置於相對溼度55%的大氣時，飽和區載子遷移率可以進一步的提升至10 cm2V-1s-1。大氣中載子遷移率大幅提升的原因是蠶絲蛋白與水氣反應產生移動離子，讓電晶體在操作時，累積額外的電荷於導電通道內造成元件特性的改變。 研究發現水合蛋白質在大氣環境下會與水氣反應產生移動離子，造成電晶體的電性變化。在不同的相對濕度下，含蠶絲蛋白介電層之五苯環有機場效應電晶體會有不同的元件特性。當環境的相對溼度為70%，蠶絲蛋白內移動離子的數量較多，介電層電容和臨界電壓分別為100 nF/cm2和-0.9V。當相對濕度降低至40%時，移動離子減少，電容值下降至15nF/cm2，臨界電壓提升至-4V。電晶體來回掃描時的遲滯現象也受到移動離子數量的影響。相對溼度為40%的遲滯電壓位移約為4V，當相對濕度提高至50%和70%時，移動離子的數量增加，使得離子的移動能力提高，遲滯電壓位移下降為1.7V和1.3V。 由於蠶絲蛋白內離子的遷移需要時間，使用不同閘極偏壓掃描頻率的量測，五苯環有機場效應電晶體擁有不同的元件特性。高掃描頻率的量測會使得離子不及反應，讓電晶體擁有較高的臨界電壓和遲滯電壓位移，分別為-1.7V和2.6V。當掃描頻率降低至0.08V/s時，臨界電壓和遲滯電壓位移減少為-0.6V和0.5V。使用TTC鈍化層鈍化蠶絲蛋白表面，可以減少移動離子對電晶體特性的影響，讓掃描頻率對遲滯現象和臨界電壓的影響降低。 使用不同的掃描頻率量測以明膠蛋白作為閘極介電層的五苯環有機場效應電晶體，可以得到與蠶絲蛋白作為介電層類似的電性變化趨勢，主要原因是明膠蛋白在大氣中也會產生移動離子，電晶體在運作時才會有類似的電性表現。 以蠶絲蛋白作為介電層，結合n型的碳六十與p型的五苯環組成碳六十/五苯環雙層型有機場效應電晶體，在大氣中擁有良好的雙載子特性。良好的雙載子特性除了蠶絲蛋白內移動離子的貢獻外，電晶體的元件結構也是重要的因素。選用五苯環作為下層半導體，以及碳六十作為上層半導體的元件結構時，五苯環成長於蠶絲蛋白上，而碳六十則是成長於五苯環上，有助於兩者形成高結晶性薄膜且擁有高載子遷移率。在調整半導體層厚度與控制製程溫度後，可以進一步得到匹配的電子與電洞遷移率，分別為10 cm2V-1s-1和11.5 cm2V-1s-1。 連結兩個六十/五苯環雙載子有機場效應電晶體組成的雙載子反向器擁有開關特性，且可以正常運作於第一象限和第三象限的操作區間中。

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以蠶絲蛋白為閘極介電層之五苯環有機薄膜電晶體在不同相對濕度的特性

使用蠶絲蛋白作為閘極介電層，P-type有機半導體材料五苯環 ( pentacene ) 作為主動層的有機薄膜電晶體，有高子遷移率、低操作電壓的特性，但其特性受環境相對濕度影響，本論文使用封裝技術控制相對濕度，探討相對濕度對於有機薄膜電晶體的特性影響。在相對濕度為60%時電晶體擁有最佳的特性，其飽和區的載子遷移率約為16.8 cm2V-1s-1 、開關特性比約為1000倍；當相對濕度下降到30%時，其載子遷移率下降至約4 cm2V-1s-1，開關比特性下降至約100倍；當相對濕度上升到70%時，其載子遷移率下降至約0.28 cm2V-1s-1。由此可見電晶體的特性和相對濕度有密切關係。 電晶體的特性受相對濕度影響是由於閘極介電層的蠶絲蛋白薄膜電容因相對濕度改變而變化。在低相對濕度時，電容值稍微上升；當相對濕度介於40%~60%時，電容值有明顯的上升，此與電晶體的特性提升有關；當相對濕度超過60%，其電容劇烈上升，卻降低電晶體的特性。

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缺陷可調控的氧化鋅之研究： 合成、性質與應用

在光觸媒及物理性紫光線防曬劑的應用上，氧化鋅的光催化活性扮演非常重要的角色。本研究的主要目的為研發新的合成方法，增加氧化鋅中的本質缺陷，藉此控制其載子再復合的性質，並同時滿足相關應用上對於光催化活性的要求。在本研究中，將使用兩種不同的方法來製備具有本質缺陷的氧化鋅作為光觸媒及物理性紫光線防曬劑的材料。 第一，在熱溶劑法的合成中，添加微量的氧化石墨烯，其產物為同時具有順磁性的氧空缺及鋅空缺的氧化鋅。在順磁性缺陷的生成反應，氧化的石墨烯不僅中具有催化作用的特性，並且會改變缺陷生成的方式。 同時具備順磁性的氧空缺及鋅空缺的氧化鋅展現出優異的光催化活性，能快速地分解甲基橙。根據電子順磁共振的能與犧牲試劑的測試，在光催化的過程中，由於順磁性的氧空缺及鋅空在氧化鋅的能隙中增加了額外的能階，進而加速電子電洞對的分離，降低了電子電洞對的再復合的機率，並且在氧化鋅的表面會產生高活性的電洞及氫氧自由基，進而提升光催化的表現。 第二部分為以熱分解非晶/層狀鋅鹽的微米球，來製備具有缺陷的氧化鋅微米球以作為新一代的物理性紫外光防曬材料。其中，先以回流法合成均勻的非晶/層狀鋅鹽微米球。此反應中，以檸檬酸鈉為螯合劑，捕捉溶液中的鋅離子，以防生成氧化鋅。 藉由調整檸檬酸根與氫氧根離子的濃度，進而控制非晶/層狀鋅鹽的微米球的尺寸及均勻性。同時，本文將針對溶液中鋅離子、檸檬酸根離子與氫氧根離子的濃度關係對於產物的形貌及結構影響進行探討。 熱分解非晶/層狀鋅鹽的微米球後所得到的氧化鋅微米球具有高濃度的氧空缺，因此造成吸收可見光的特性並且有效地抑制光催化活性。除此之外，更具有米式散射的特性，使得均勻的氧化鋅微米球具有成為物理性紫光線防曬劑材料之潛力。

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AlCrNbSiTi高熵合金與其氮化物薄膜微結構、機械性質與高溫氧化行為之研究

本實驗利用真空電弧熔煉法製備Al0.34Cr0.22Nb0.22Si0.11Ti0.11六元非等莫耳高熵合金靶材，再利用反應式直流磁控濺鍍法製備其高熵金屬及氮化物薄膜，藉由調整氮氣流率與基板偏壓，探討此二參數對薄膜微結構與機械性質的影響。此外，為了解薄膜抗氧化性質，選擇氮氣流率50% 與基板偏壓 -100 V所鍍製之薄膜，在不同條件下進行大氣退火，研究此高熵合金氮化物薄膜的抗氧化性質及機制。為瞭解附著性，則以Ti, Cr, 與自身合金作為中間層，研究此最佳化高熵氮化物薄膜在WC/Co基板上的附著性質。最後，以此高熵氮化物膜搭配適宜的中間層鍍覆在WC/Co商用三角銑刀上，對304不銹鋼以及SKD11 工具鋼進行切削測試，並與商用TiN 及TiAlN互相比較。 實驗結果發現(Al0.34Cr0.22Nb0.22Si0.11Ti0.11)50N50氮化物薄膜在氮氣比例50 %、基板偏壓 -100 V的製程條件下，擁有最高的硬度值36 GPa與楊氏係數340 GPa。除合金膜為非晶質結構外，高熵氮化物薄膜呈現單一的FCC結構，為二元氮化物的固溶相，其薄膜結構呈現緻密的細纖維結構。此外，此製程條件下製備之高熵氮化物擁有非常優秀的抗氧化性質，在900 °C 50小時的大氣退火下，表面只有約 290 nm厚的氧化物生成；而氧化增重測試中，由室溫以每分鐘上升10 °C到1300 °C，每cm2也只增重0.015 mg，皆遠優於商用TiN與TiAlN的表現。此絕佳抗氧化表現經TEM及EDX分析，應歸因於表面緻密氧化鋁層與豐富的非晶氧化物層形成了良好的擴散阻絕層。而附著測試中，以100 nm厚的Ti作為中間層可在WC/Co基板上提供最佳的附著性質，其臨界應力大於100 N，超過商用標準。以此(Al0.34Cr0.22Nb0.22Si0.11Ti0.11)50N50氮化物薄膜搭配Ti中間層鍍覆在商用WC/Co銑刀上進行切削測試，並與與商用TiN與TiAlN薄膜相較，高熵合金氮化物擁有更優秀的切削性質。綜合本研究成果，可瞭解(Al0.34Cr0.22Nb0.22Si0.11Ti0.11)50N50高熵氮化物在刀具保護上具有優秀的應用潛力。

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溫度、濕熱及電極密度對聚光型太陽電池轉換效率影響之研究

本論文主要研究溫度應力、濕熱應力以及金屬電極密度對III-V族 InGaP/InGaAs/Ge多接面聚光型太陽電池能量轉換效率之影響。在可靠度研究方面，係利用步階式加速老化試驗方法，以分析特性衰退之原因；為加速觀察到特性衰退現象，太陽電池沒有光學膠保護。在溫度應力試驗方面，根據照光與不照光的電流-電壓量測數據，分析結果顯示，特性衰退主要原因為太陽電池元件周圍產生缺陷，以致復合電流增加，開路電壓下降，使得光電轉換效率下降。在濕熱應力試驗方面，實驗結果顯示電池邊緣處，鍺基板在濕熱環境之下產生崩裂，造成漏電途徑，致使太陽電池失效。 太陽電池在聚光條件之下，會產生較多之電流，較密之電極線雖能有效且快速地收集電流，但是電極線過密，會減少太陽電池表面之集光面積。本論文應用一套理論模式，分析太陽電池之線型指叉式金屬電極的不同柵狀電極密度，對太陽電池特性參數之影響，並與實際戶外測試數據比較，作為最佳化設計之參考依據。結果顯示，在低聚光比時，整體功率損失由電極遮蔽率主導，在高聚光比時，則必須由遮蔽率與金屬電極阻抗兩者折衷優化。