學位論文
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Item 以均苯四甲酸合成鈦金屬有機框架應用於二氧化氮感測器之研製(2022) 鄭博文; Cheng, Po-Wen氣體感測器（Gas sensor）是透過感測材料和目標氣體接觸，導致感測材料之電性產生變化，再將電訊號轉化為響應值。在這個物聯網的時代，對於感測器的需求十分龐大，且空氣汙染的問題也日趨嚴重，故氣體感測器的發展也備受矚目。金屬有機框架（Metal organic framework, MOF）是使用金屬離子和有機配體（Organic ligand）所合成之高比表面積材料，其高比表面積和金屬離子的氧化還原能力，十分有利於MOF材料與空氣中的氣體分子進行反應，故非常適合作為氣體感測元件之感測材料。目前氣體感測領域的研究已廣泛使用各種MOF作為氣體感測材料，但沒有文獻使用Ti-MOF進行氣體感測元件的開發，而且目前在Ti-MOF的研究中廣泛使用對苯二甲酸（Terephthalic acid, TPA）進行合成，卻沒有文獻使用均苯三甲酸(Trimesitinic acid, TMA)和均苯四甲酸(Pyromellitic acid, PMA)進行Ti-MOF的開發。因此，本研究致力於研發新型態的Ti-MOF材料，利用一步驟水熱法搭配Ti離子與均苯三甲酸和均苯四甲酸有機配體進行Ti-MOF(TMA)與Ti-MOF(PMA)的開發，同時合成文獻常見之Ti-MOF(TPA)一同進行比較。本研究開發的Ti-MOF(PMA)在室溫下對於200 ppm的NO2具有48.5的高響應，高於Ti-MOF(TPA)的13.5和 Ti-MOF(TMA)的1.7，且在50、100和150 ppm濃度的NO2下，分別具有6.4、16.1和35.6的響應值。Ti-MOF(PMA)在五次的連續循環下也具有15.9、15.7、16.1、15.6和15.9的穩定響應，且在100 ppm的丙酮、甲醇、乙醇和氨氣環境下，響應值分別僅有0.33、0.27、0.41與0.26，證明Ti-MOF(PMA)對NO2具有不錯的感測選擇性。最後也對氣體感測機制進行探討，且將本實驗結果與文獻進行比較，證實本研究所開發的Ti-MOF(PMA)有機會能成為氣體感測器有潛力的感測材料。關鍵詞：氣體感測器、金屬有機框架、均苯四甲酸、水熱法、響應值Item 超快雷射多尺度複合結構實現氣體檢測應用之研究(2019) 杜晨廷; Tu, Chen-Ting本研究是利用超快雷射(Ultrafast laser)之超短脈衝(Ultrashort pulses)的特性，進行多尺度複合結構(Multiscale composite structures)元件製作，進而應用於氣體檢測(Gas detection)。由於該雷射製程具較小熱影響區(Heat-affected zone)，以能精確進行尺寸的製作。本研究超快雷射製程是在導電石墨烯(Graphene)薄膜基材上，進行圖案化電極(Electrode)結構元件，其結構包括指叉狀元件(Interdigitated electrodes, IDEs)和微溝槽(Microgrooves)。另一方面，為結合導電奈米線於微結構元件，本研究透過水熱法(Hydrothermal)生長氧化鋅(ZnO)奈米線於指叉狀元件上，且在微溝槽生長氧化鋅奈米線，並調控浸泡種晶層溶液時間生長氧化鋅奈米線，將元件電阻從106 下降至約550 。本研究發現在生長溶液中添加甲醇(Methanol)為界面活性劑，將有助於於微結構底部生長氧化鋅奈米線。最後，本研究會於兩種氣體感測元件結構設計，進行不同氣體濃度一氧化氮(Nitric oxide, NO)之檢測探討。本研究結果顯示以指叉狀元件結構氣體感測元件，偵測氣體濃度於50 ppm時，氣體響應值(Response)為6%；氣體濃度於150 ppm時，氣體響應值可為18%；氣體濃度於300 ppm時，氣體響應值可為31%。以微溝槽作為氣體感測元件時，偵測氣體濃度於50 ppm時，氣體響應值為11%；氣體濃度於150 ppm時，氣體響應值為22%；氣體濃度於300 ppm時，氣體響應值為40%。Item 氧化鋅奈米線應用於發光二極體之研製(2009) 趙偉迪; Wei-Di Chao發光二極體被視為未來主要的照明光源，高功率發光二極體於技術上屢有突破，但現階段發光效率的不足，使發光二極體無法取代傳統光源作為照明燈源的主流，故發光二極體發光效率的提升，是目前技術發展的重點之一。過去的研究指出，將奈米線應用於發光二極體的結構製作，能有效提升其發光強度；而在各式成長奈米線的方法中，以水熱法製備之奈米線具有高品質順向成長與製程簡易的優點，故本論文將採用此法成長氧化鋅奈米線，並以射頻濺鍍法沉積N型氧化鋅鋁薄膜，P型材料則選用氧化鋅與氮化鎵，藉以製備氧化鋅奈米線發光二極體，進行其特性之研究。 在奈米線的部份，藉由水熱法成功製備氧化鋅奈米線，直徑34 nm-200 nm，長度1 um-2 um，密度4 NWs/um2-68.23 NWs/um2。EDS分析顯示氧化鋅奈米線的鋅、氧比接近50 % : 50 %。XRD分析僅於34度存在繞射峰值，亦即於(002)面有較強之繞射訊號。PL顯示奈米線的發光峰值位於378 nm，並具有微弱之可見光放射。從HRTEM可觀察到，奈米線內部的晶格結構良好，晶格條紋間距為0.2629 nm，証實奈米線為C軸取向成長。 N型氧化鋅鋁薄膜部份，其最佳電阻率為3×10^(-3) Ω-cm，載子濃度為1.72×10^21 cm^(-3)，載子遷移率為0.0715 cm2/V-s，於可見光波段的平均穿透率大於80 %，於波長450 nm之最佳穿透率為87 %，於波長380 nm之最佳穿透率為77 %。 P型氧化鋅部份，分別使用氧化鋅及純鋅靶材，嘗試藉由製程氣體氧/氬比例的控制，用以製備P型氧化鋅，但目前薄膜均呈現N型半導體電性。未來將使用摻雜P2O5之氧化鋅靶材，繼續P型氧化鋅薄膜之試驗。 發光二極體部份，目前已於P型氮化鎵(鎂摻雜，載子濃度約為10^17 cm^(-3))薄膜上，成功製備氧化鋅奈米線/N型氧化鋅鋁薄膜結構，並完成發光二極體之晶粒製作，其尺寸為300 um×300 um。在約大於15 V的操作電壓下，以長工作距離顯微鏡可觀察到，發光二極體晶粒的部份區域放射出藍光，且發光強度隨外加電壓而增加。發光二極體之I-V曲線顯示其串聯電阻相當大，未來將以快速熱退火進行後處理，以期提升其性能，並檢測發光頻譜等特性。Item 氧化鋅奈米線陣列披覆PVDF製作可撓性壓電元件之輸出電壓特性研究(2015) 許敬玄; Shiu, Jing-Shiuan本研究先利用濺鍍機在可撓式銅基板上沉積一層氧化鋅種子層，再將沉積種子層過後的銅基板經過水熱法長出一維結構之氧化鋅奈米線，透過不同氧化鋅種子層的粗糙度改變氧化鋅奈米線之線徑與線長：氧化鋅種子層粗糙度低，奈米線長且細，但容易造成奈米線叢聚現象；氧化鋅種子層粗糙度高製備出奈米線線徑粗，因線徑粗使奈米線叢聚現象降低。因製備完成氧化鋅奈米線後，需將PVDF薄膜旋塗於氧化鋅奈米線上，若奈米線有叢聚現象，PVDF溶液較不易均勻沉浸於奈米線中。接下來探討PVDF在何種結晶的環境下和厚度，能有效的提高PVDF的壓電輸出特性，一般PVDF的熔點溫度在160℃。研究成果指出，PVDF薄膜在300 rpm的轉速有最大的壓電輸出，且在烘烤時間50分鐘也能有效的使壓電輸出達到最佳化。 雖然氧化鋅奈米線本身也是壓電材料，但其壓電輸出特性卻非常小；而在PVDF薄膜上，雖材料本身耐強度與高壓電輸出特性，但其壓阻高所造成的靈敏性低之缺點，故在最後研究，將結合兩種材料以達到相輔相成的效用在，所以近一步探討PVDF薄膜在有無披覆氧化鋅奈米線時的壓電輸出特性的差異，結果顯示披覆氧化鋅奈米線時之壓電輸出特性增加、反應時間減少，都是因氧化鋅奈米線高體表面積的優點，使PVDF薄膜能突破本身低靈敏性的特性，能有潛力成為高敏性與高輸出之可撓式攜帶電子元件。