學位論文
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Item 奈米柱應用於燃料電池電極之技術開發(2006) 湯杜翔; Du-Hsiang Tang摘 要 直接甲醇燃料電池(DMFC)是未來令人期待的科技，目前的發展方向在於3C產品的應用(如筆記型電腦、手機)、攜帶式電源供應器等。然而，目前發展DMFC仍有幾項瓶頸仍待克服，例如提升電極觸媒催化效能、減少甲醇不必要的穿透現象，這些負面影響均使其輸出功率依舊無法滿足實際應用的需求。由文獻可知，為了製作高低不平電極，以提升直接甲醇燃料電池效率，皆需使用感應耦合電漿離子蝕刻技術。然而，由於這些設備高價格之缺點，使得學術界與中小型企業難以投入相關的研究。根據上述，本研究將結合「自組裝奈米球微影」、「光輔助電化學蝕刻」、「精密電鑄」技術，預期將可成為低成本，並且用以製作出完美且具大規模排列之奈米柱狀陣列結構，藉由電極接觸表面積之大量增加，來提高反應性，以應用於直接甲醇燃料電池電極之開發。 實驗的結果証實結合薄光阻格狀結構製作及震盪塗佈法的方式，可將奈米球規則地排列於矽基板上，以得到大面積且趨近完美排列的奈米球陣列。而在光輔助電化學蝕刻的實驗中，當使用1 V的蝕刻電壓與HF濃度2.5 wt%的蝕刻液，蝕刻30分鐘後，能夠產生高度約為7.4 m，直徑約為90 nm，而孔洞的深寬比可達到67:1之高深寬比孔洞。並且証實加大蝕刻電壓機制使蝕刻孔洞擴孔及適當RIE蝕刻時間，即可製作出柱體高度約為1.56 µm，直徑約為250 nm~300 nm，因此柱體的深寬比可達6.2:1~5.2之奈米柱狀陣列。目前直接甲醇燃料電池電極測試性能後，結果顯示平板電極其開路電壓、極限電流密度、最大功率密度分別為105 mV、0.319 mA/cm2、0.0093 mW/cm2，柱狀電極其最大開路電壓、極限電流密度、最大功率密度分別為280 mV、1.044 mA/cm2、0.0584 mW/cm2，本實驗發現柱狀電極所製作燃料電池之最大功率密度優於平板電極6.3倍，顯示蝕刻電壓增加所製作之柱狀電極結構可提升觸媒與燃料接觸之表面積，使其性能也隨之提升。 關鍵字：奈米柱，光輔助電化學蝕刻，精密電鑄，直接甲醇燃料電池電極。Item 整合自組裝奈米球微影與光輔助電化學蝕刻之奈米柱狀陣列製作技術(2005) 黃茂榕; Huang Mao-Jung本研究結合奈米球微影以及光輔助電化學蝕刻兩項技術之優點，用於製作高深寬比的奈米柱狀陣列。聚苯乙烯奈米球可藉由材料本身的自組裝效應，能輕易定義出奈米等級的圖形陣列，並可由球體尺寸的選擇與堆積層數的控制，有效地定義圖案形狀以及圖案尺寸，因此稱為奈米球微影術。同時，本研究將採用光輔助電化學蝕刻，以滿足奈米柱高深寬比的蝕刻需求，此技術有著易於形成奈米級孔洞的優點，其蝕刻深度與寬度之比更可達到250：1，優於感應耦合電漿離子蝕刻術(Inductively coupled plasma reactive ion etching, ICP-RIE)的蝕刻效果。兩項技術的結合可代替如電子束(Electron beam)、深紫外光(Deep ultraviolet, DUV)、X光(X-ray)微影技術，與感應耦合電漿離子蝕刻技術等昂貴的設備，因此非常適合用於製作高深寬比之奈米柱結構。 實驗的結果証實利用旋轉塗佈搭配震盪塗佈的方式，可將奈米球規則地排列於矽基板上，並且定義出單層與雙層奈米等級的圖案。而在光輔助電化學蝕刻的實驗中，証實了在添加界面活性劑的作用下，蝕刻蝕刻液的接觸角可降低至15度，具有超親水性的特性，並大幅改善擴孔現像，使得奈米級的高深寬比孔洞能夠輕易的產生。當使用5 V的蝕刻電壓與HF濃度2.5 wt%的蝕刻液，經過5分鐘的蝕刻後，能夠產生高度6.2 m，直徑為90 nm的高深寬比孔洞，而孔洞的深寬比可達到68:1。在光輔助電化學蝕刻中，當孔洞底端氟離子數量遠少餘電洞數量，孔洞側壁的蝕刻現象將非常明顯，並且蝕刻深度則開始隨著電壓的增加而減少。本實驗目前可製作出高度為1m深寬比達20:1~14:1的奈米柱。奈米柱將隨著奈米球的定義而排列，因此具有陣列化的排列現象。 關鍵字：奈米柱，奈米球，光輔助電化學蝕刻，自組裝。