學位論文

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Subject: search.filters.subject.Molybdenum disulfide

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    CO2雷射誘導石墨烯複合 MnO2/MoS2應用於超級電容器之研製
    (2023) 陳家宏; Chen, Chia-Hung
    超級電容器(Supercapacitor)根據電荷儲存機制能夠分成電雙層電容器(Electrical double-layers capacitor, EDLC)、擬電容器(Pseudocapacitor)以及混合式超級電容器(Hybrid supercapacitor, HSC)三大類。相比於傳統的電容器能提供更優異的比電容值、循環穩定性以及更良好的充放電效率，故已成為近年來最重要的儲能元件之一。雷射誘導石墨烯(Laser-induced graphene, LIG)是一種新型的石墨烯製備方式，其具有低成本、製程簡易且可大規模生產等獨特優點。在聚醯亞胺(Polyimide, PI)上製備的LIG可形成多孔的石墨烯結構，以提供高比表面積之電極材料。雖然目前儲能領域的研究已廣泛使用LIG與單一材料進行複合，但卻沒有文獻同時使用二氧化錳(MnO2)及二硫化鉬(MoS2)進行LIG複合材料的開發。因此，本研究利用複合電鍍製程在LIG表面同時沉積MnO2與MoS2以開發一款新型的LIG-MnO2/MoS2電極材料，製備出具有高活性位點及優異比電容值的LM60M0.5電極材料。根據恆電流充放電(Galvanostatic Charge-Discharge, GCD)量測結果顯示，LM60M0.5在電流密度為0.5 mA/cm2下的比電容值為389.4 mF/cm2，相比純LIG (5.08 mF/cm2)與LM60 (317.91 mF/cm2)，其比電容值分別提升76.7及1.2倍。此結果證實LIG透過MnO2電鍍60 min製程能有效提升LM60電化學性能，而LM60複合電鍍MoS2可進一步提升LM60M0.5電化學性能。此外，當電流密度增加到5 mA/cm2時LM60M0.5仍保有51.3 %的倍率性能，並且LM60M0.5電極材料在 5 mA/cm2的電流密度下經過6000次充放電循環後仍具有97.3 %的電容維持率，而在399.74 mW/cm2的功率密度下具有24.34 μWh/cm2的能量密度。此外，將本研究的實驗結果與目前文獻中類似材料進行比較，證實本研究所開發的LM60M0.5材料具有高比電容特性，有望成為有潛力的超級電容器電極材料。最後，為了驗證實際應用能力，使用LM60M0.5作為正極材料、LIG-AC作為負極材料，開發一款混合式超級電容器，並點亮LED燈與排列有NTNU ME圖樣的88顆並聯紅光LED燈，也透過相同方式成功驅動計算機56秒，以證實本研究所開發之混合式超級電容器具有作為儲能元件的實際應用能力。
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    選擇性飛秒雷射結構技術於碳化矽基材之氣體檢測元件研究
    (2022) 陳家鏵; Chen, Chia-Hua
    本研究旨是利用選擇性超快飛秒雷射製程技術(Selective femtosecond laser structuring technology)，其超短脈衝之非線性吸收及極低的熱影響區(Heat-affected zone, HAZ)加工特性，在碳化矽(Silicon carbide, SiC)基材進行多尺度複合結構之探討及氣體檢測元件開發。首先，本研究採用飛秒脈衝雷射於碳化矽表面進行製程，在剝離閥值(Threshold)為1.51 J/cm2，探討多發脈衝行為所產生之孵化效應(Incubation effect)，其孵化係數為S=0.8667±0.035。同時，本研究使用不同能量密度進行雷射誘導週期性表面結構(Laser induced periodic surface structures, LIPSS)，該結果顯示隨著能量密度提高，奈米波紋狀結構逐漸亂序排列；隨後以拉曼光譜量測不同能量密度對材料所產生之特性變化，當載流子密度(Carrier density)隨能量密度上升而增加時，所量測到的特徵峰向更高波數側移動且峰形變寬、峰值強度降低，表明分子的化學鍵長度與結構分佈發生變化。進一步，本研究描述了雷射誘導的載流子失衡行為，利用福克-普朗克方程式(Fokker–Planck equation)修改的時間相依雙溫模型(Two-temperature model, TTM)，分析雷射剝離行為、電子溫度、晶格溫度與載子密度的暫態變化。在氣體檢測元件製備方面，本研究會利用選擇性飛秒雷射製作石墨烯(Graphene) SiC基材之加熱元件，在高溫度為132.9 °C，進行該複合檢測元件應用於一氧化氮(Nitric oxide, NO)檢測，其氣體響應值(Response)於50 ppm與300 ppm分別為6.5 %與19.2 %。最後，本研究利用石墨烯電極結構摻雜二硫化鉬(MoS2)之二維材料，使其產生高比表面積，提供更高的吸附能力進而提升檢測元件性能，相較於室溫環境下之檢測，顯示提升2.08倍的靈敏度(Sensitivity)，完成飛秒雷射技術於碳化矽基材之氣體檢測應用研究。關鍵詞：飛秒雷射、碳化矽、週期性表面結構、石墨烯微熱元件、二硫化鉬、氣體偵測