• 學位論文

陽極處理具骨相容彈性模數之β型鈦鈮鉭鋯植體及其宿主細胞與抗菌能力之揭露

在生醫骨植體的演進過程中，由於金屬鈦與其合金擁有最符合骨科植體要求的生物相容性、機械性質及抗腐蝕性質等等，使其成為最適合的材料系統。然而，骨材本身的彈性模數亦扮演了相當重要的角色，骨材與人骨之間的彈性模數若差距過大則易導致骨質鬆脫與骨質再吸收等現象(應力遮蔽效應)，像是cp-Ti (~105 GPa) 及Ti-6Al-4V (~112 GPa) 與人骨的彈性模數(~30 GPa) 仍有一段差距，所以為了避免應力遮蔽效應的產生，β相穩定因子(鈮、鉭、鋯)用來參雜鈦金屬(Ti-28Nb-11Ta-8Zr, TNTZ)以降低鈦合金骨材的彈性係數以達到仿骨又不失去生物相容性的特性，並對體液的抗腐蝕性也因此增強了許多。此外，為了模擬骨細胞外基質的奈米孔洞結構，陽極氧化表面改質技術被用來製成高附著性、化學穩定性及粗糙性的非晶奈米孔洞氧化層。再者，為了避免手術過程中及術後的細菌感染，我們合成銀奈米粒子並將其附著於奈米孔洞氧化層上以利手術成功及加速術後傷口癒合。 首先，我們量測TNTZ的機械性質:彈性模數 (49 GPa)、衝擊強度 (129 J/cm2)、降伏強度 (338 MPa) 及拉伸強度 (422 MPa)。接著藉由X-ray光電質譜儀 (XPS)及掃描式電子顯微鏡 (SEM)進行奈米孔洞表面改質之TNTZ及銀奈米粒子的表面成分及形貌分析。再者我們利用電位極化法檢測TNTZ以及陽極氧化之TNTZ的抗腐蝕性，將其與商用純鈦之抗腐蝕性做比較。最後，訂性的抑菌環及定量的細菌生長曲線觀察被用來檢測載有銀奈米粒子的奈米孔洞TNTZ氧化層能夠抑菌的效率及時間，分別測試綠膿桿菌(P. aeruginosa)以及抗藥性金黃色葡萄球菌(MRSA)，抑制效果分別為24 h及12 h。體外骨母細胞培養則被用來觀察細胞增生及生存能力，證實表面改質之TNTZ能夠促進細胞生長。因此，TNTZ合金在生醫領域上是個具有發展潛力的植體。

• 學位論文

利用快速升溫退火製備具[001]優選取向之序化鐵鉑薄膜與奈米粒子陣列之研究

幾年來，硬碟已成為一項相當重要的資訊儲存裝置。因其具備高儲存容量及低成本的特性，硬碟已被廣泛應用於電腦裝置及雲端儲存上。為了進一步提升硬碟碟片的記錄密度，開發新材料是一項極為重要的工作。序化鐵鉑合金被認為極有潛力成為下世代超高密度垂直記錄媒體之記錄材料，因此本論文針對鐵鉑合金之優選取向及微觀結構的控制進行研究。 第一部分探討如何藉由快速升溫退火的步驟提升序化鐵鉑合金之[001]優選取向。經由快速升溫退火，我們成功在400度的退火溫度下，於二氧化矽/矽基板上製備出具有高度[001]優選取向之序化鐵鉑合金。由於矽與鐵鉑合金在吸收紅外光的能力上有極大的差別，當快速升溫退火系統中的紅外光照到試片上時，矽會像吸光層一般吸收大量的光並提升其溫度，進而產生較大的熱膨脹量而使鐵鉑薄膜感受到一張應力。隨著升溫速率提升，快速升溫退火系統產生的瞬間光強度也愈強，使得鐵鉑合金感受到一較大的張應力，此張應力能有效促進序化鐵鉑合金[001]優選取向的生成。此外，此張應力亦能透過二氧化矽的性質進行調變。若二氧化矽的結構較鬆散，則張應力可能會於二氧化矽層中釋放掉，以致於無法得到較佳的[001]優選取向之序化鐵鉑合金。 第二部分則是研究從鐵鉑薄膜製備鐵鉑奈米粒子的方法，並試圖降低其製備溫度。透過臨場穿透式電子顯微鏡的觀察，我們發現隨著溫度升高，鐵鉑薄膜會經由孔洞成核與成長的過程，最後演變成奈米粒子。這些孔洞的成核與成長會沿著初鍍膜狀態之晶界進行。因為此微觀結構的變化是經由原子擴散進行，因此添加低熔點之氧化硼至鐵鉑薄膜中能使孔洞成核與成長所需的溫度降低。此外，加快原子擴散亦能促進鐵鉑合金之序化。在最佳化矽吸光層的厚度後，我們能夠使具[001]優選取向之序化鐵鉑合金的形成溫度由350度降低至250度，而鐵鉑奈米粒子的形成溫度亦能由700度下降至500度。 第三部分著重於利用具有有序表面形貌之基板以製備規則排列之鐵鉑奈米粒子陣列。基板之表面形貌是透過高分子之微觀相分離來製備，可以得到規則六角排列之碳氧化矽奈米球陣列，其平均直徑與球之中心間距分別為25及40奈米。藉由控制鐵鉑薄膜之厚度與奈米球之氧電漿處理時間，能夠在高溫退火後製備出六角規則排列之鐵鉑奈米粒子陣列，其直徑約20奈米，並且其排列是由碳氧化矽奈米球決定。在經過一氧化碳與氨氣電漿處理後，一些較微小的多餘奈米粒子能夠被移除，最後可以得到一個幾近完美六角排列之鐵鉑奈米粒子陣列。

• 學位論文

高熵合金之高熵效應及緩慢擴散效應探討

高熵合金具有四個核心效應：高熵、嚴重晶格扭曲、緩慢擴散及雞尾酒效應，而本論文主旨在於探討高熵效應及緩慢擴散效應。由於高熵效應可促進固溶相的形成，但較大的混合焓及原子尺寸差會促進有序相的形成，為瞭解此一競爭，本研究設計兩個參數分析高熵合金的成份與相型態之間的關聯。其一為熱力學參數ε，代表合金中混合熵與混合焓之間的競爭關係；其二為拓樸學參數δ，代表合金中不同元素原子尺寸的差異。利用此二參數分析已知的高熵合金，結果發現可清楚界定出形成單純無序固溶相合金及生成有序相的條件。當δ較小，且混合熵的效應大於混合焓(即ε > 1.1)時，會傾向形成無序固溶相。當混合焓的效應大於混合熵(即ε < 1.1)時，合金傾向生成有序中間相。而當δ超過簡單結構所能承受的極限時，合金即會生成結構較複雜的介金屬相。此研究結果可提供未來合金設計與開發的參考。 此外，本研究藉由「擬二元擴散偶」實驗量測Co-Cr-Fe-Mn-Ni五元高熵合金中各元素的擴散參數，得到高熵合金緩慢擴散效應的直接證據。將各項擴散參數與其他FCC金屬比較，可發現隨著合金元數增加，各元素的擴散係數會隨之降低。而將各元素的活化能除以熔點標準化後，也可發現其值隨著合金元數增加而增加。本研究對這些趨勢提出理論解釋，採用準化學模型對晶格位能的差異幅度加以計算，結果發現高熵合金因主元素多，晶格屬全溶質晶格，晶格位能的差異幅度較大，因此具有許多位能相對較低的晶格位置形成原子的陷阱，使擴散活化能提高，此一理論可說是高熵合金緩慢擴散效應的主要機制。

• 學位論文

探討不同黏著劑應用在鋰電池矽基陽極之比較

矽因擁有最大的理論電容量而被看好可以取代石墨成為新一代鋰離子電池的陽極材料。然而，充放電過程中大量的體積變化是造成電池衰退的主因。近幾年來，黏著劑在矽基陽極上所扮演的角色開始受到重視。本研究選取了幾種目前用在矽基陽極上電性表現較好的黏著劑，以相同的條件做電性測試，並以其他性質測試做輔助，目的是找出最適合矽基陽極的黏著劑。

• 學位論文

二氧化鈦奈米柱成長於矽與導電玻璃FTO之光水解分析

二氧化鈦具有良好的光催化特性與穩定性已廣泛運用於觸媒及於光水解電極，其中又以奈米結構因在水分解中具有明顯的效率改善。本文將利用水熱法於高摻雜負型矽基板以及導電玻璃FTO上生成二氧化鈦奈米柱，並對其水分解能力特性進行量測以及表面形貌變化的觀察。主要探討退火溫度、以及二氧化鈦奈米柱之形貌以及長度對照光水分解的影響。研究利用濺鍍法於基板表面濺鍍鈦金屬層，經由熱氧化使表面具有二氧化鈦晶種層，將有助於不同基板上利用水熱法成長二氧化鈦。

• 學位論文

自組裝磊晶金屬矽化物與鍺化物奈米線之研究

本論文以自組裝磊晶奈米線為主體，分為兩部分：三元合金矽化物(鈷鎳矽)奈米線以及鍺化鎳奈米線；皆利用反應性沉積磊晶技術來製備。 在三元合金矽化物奈米線的研究中，發現到使用覆蓋一層薄氧化層的矽基板，可幫助奈米線的成長，提高其長寬比。我們針對這些奈米線與矽基板的磊晶關係做詳細的分析，並以鈷鎳原子在奈米線中的成分分佈情形為依據，探討奈米線的生成過程。 在鍺化鎳奈米線的研究中，發現到這些奈米線皆沿著鍺的<110>方向成長，因此在(110)的鍺基板上，可以成長出單一方向具有高長寬比的奈米線。亦發現氧化鍺會阻礙奈米線的成長，因此在實驗前將試片做額外的熱處理，可避免氧化鍺的干擾，並可藉此降低奈米線的成長溫度。另外，我們研究了鍺化鎳奈米線的電性，發現此奈米線具有低電阻以及可容忍高電流密度的性質。

• 學位論文

Utilization of Taguchi method to synthesize vanadium dioxide thin films and their application for an active perfect absorber

二氧化釩 薄膜為一種熱敏材料，以導體-非導體的相轉化特性著稱。特別是其電性及光學性質受溫度影響而產生之急遽變化，可被應用作為光學開關、微電池、智慧玻璃等不同領域中。二氧化釩的合成方式有許多種，包含脈衝雷射沉積法、溶膠法以及濺鍍製程法。濺鍍氧化製程法是一種新穎的濺鍍法，為一安全、可常溫下濺鍍、高沉積率及相對便宜的方法。 在本論文中，我們將採用兩步驟濺鍍氧化製程方法來合成二氧化釩薄膜，並利用田口法來找出最佳化之製成參數。由於以往文獻中的兩步驟濺度氧化製成方法所合成的二氧化釩薄膜，其電阻差異僅達到數百倍，相對比其他濺鍍合成製程之電阻差異卻可高達數萬倍，而且以濺鍍氧化製程方法合成的二氧化釩薄膜，其在金屬態的電阻率僅約達10^-2(Ohm-cm)，比起濺鍍方法電阻率可達到10^-3(Ohm-cm)更高一些，代表著兩步驟濺度氧化製成方法所合成出的二氧化薄膜特性較差。因此，我們採用田口法來改善兩步驟濺鍍氧化製程合成法所得二氧化釩薄膜的電阻差異、及金屬態的電阻值。所合成出的氧化釩薄膜，含有二氧化釩與三氧化二釩(V2O3)的混和成分，其電阻差異可達到10^4倍，並且其在金屬態的電阻值為1.9x10^-3(Ohm-cm)，兩者結果對比從前濺鍍氧化製程方法皆有明顯改善。 另一方面，藉由變異數分析，我們可以推算出各成分因子影響最佳化結果的比例。我們發現氧化溫度為氧化製成中，影響最顯著的因素。並且我們由單因子分析實驗，來確認最佳合成參數，並且探討不同氧化溫度與不同氧化釩成分的關係。 對於合成出的二氧化釩薄膜來做應用，我們展示了以超材料的結構來設計主動吸收體元件，其可作為開關設計，展現吸收狀態與反射狀態。並且，這個主動吸收體元件，可藉由調整結構參數，可在不同頻段上做運用。

• 學位論文

化學水浴法沉積硫化鎘薄膜製程研究

因申請專利緣故，資料延後公開

• 學位論文

利用高密度電漿沉積製作及發展高性能非晶矽鍺薄膜太陽能電池

本論文介紹利用高密度電漿化學氣相沉積系統製備氫化非晶矽鍺(a-SiGe)薄膜太陽能電池。由於氫化非晶矽薄膜能隙較高(1.8~1.9eV)，氫化非晶矽薄膜太陽能電池有高開路電壓的優點，但相對在太陽光譜中長波長的部分(750nm以上)無法有效吸收。為了克服上述氫化非晶矽薄膜太陽能電池之缺點，我們開發非晶矽鍺合金薄膜a-SiGe (1.4~1.6eV)，使其可吸收太陽光譜中不同波段的，有效的增強光伏特元件吸收寬頻太陽光能的利用率，並且可以發展多接面堆疊型矽基薄膜太陽能電池。本文中也展示利用乙矽烷電漿技術製作的非晶矽及非晶矽鍺薄膜太陽能電池。 本實驗室目前已經開發單接面氫化非晶矽薄膜太陽能電池轉換效率達9.2%，導入矽鍺薄膜之單接面太陽能電池轉換效率達5.26%，且從量子效率量測結果可看出，單接面矽鍺薄膜太陽能電池在650~850nm所擁有的量子轉換效率有顯著的提升，並利用負偏壓量子效率量測系統及DLCP量測及比較缺陷密度。而堆疊型太陽能電池的部分，我們目前a-Si/a-SiGe雙層堆疊型薄膜太陽能電池開路電壓可達到1.56V，其轉換效率可達8.38%。未來研究的方向將致力於改善乙矽烷製作的非晶矽鍺太陽能電池，進而整合成高效率的雙接面與三接面太陽能電池。

• 學位論文

以旋塗與奈米壓印製作發光層之有機發光二極體

有機發光二極體因可應用於顯示及照明，逐漸受到矚目；為早日應用，製造成本將是首要考量；因此，許多研究紛紛投入研製溼式製程；市場研究機構Nanomarkets預估，2013年溼式製程材料產值為5,000萬美元，2019年將大幅成長至80,000萬美元，再次顯示發展溼式製程的重要；據此，本研究使用兩種不同的溼式製程，製備有機發光二極體的發光層。 第一部分，我們利用旋塗製程，製備藍光及綠光有機發光二極體；其中，新穎綠磷光材料bis[5-methyl-8-trifluoromethyl-5H-benzo(c)(1,5) naphthyridin-6-one]iridium(picolinate) (3-CF3BNO)，具有短激態生命期(0.39 μs)及相對高量子產率(72%)，與適當的主體搭配，當亮度在100及1,000 cd/m2時，效率分別為52及61 lm/W、外部量子效率為18%及23%，為目前綠光元件在濕式製程中的能量效率世界記錄。 第二部分，為克服小分子型材料不易轉印，我們研發一小分子及高分子型混合式主體方法，成功將發光層轉印至元件上，製備藍、綠、紅及白光有機發光二極體，所得的元件最大亮度分別為29,000、29,000、4,000及18,000 cd/m2；能成功轉印可歸因於混合式主體可提供高分子型主體好的成膜特性，亦具備小分子型主體好的電致發光特性。