快速奈米碳管橋製作暨最低電阻量測與彎曲試驗研究

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研究生：	呂昇益
論文名稱：	快速奈米碳管橋製作暨最低電阻量測與彎曲試驗研究 Rapid Formation of Carbon Nanotube Bridge: the lowest resistance measurement and bending test
指導教授：	徐文光
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 材料科學工程學系 Materials Science and Engineering
論文出版年：	2005
畢業學年度：	93
語文別：	中文
論文頁數：	32
中文關鍵詞：	奈米碳管橋、摻硼奈米碳管
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本論文發展出一個方便、簡易又可快速量測奈米碳管物理性質的方法，而只需利用光學顯微鏡作即時(in-situ)觀察及細微操作！將一束長約30μm、寬0.8-1μm的摻硼奈米碳管，以銀膠固定在兩細鎢金屬針間而製成奈米碳管橋，再通以電壓即可測量摻硼奈米碳管的電阻值。且經由理論計算，碳管與銀膠間之接觸電阻的影響可被忽略。最後，再現性的部份，經由多次的重複驗證，碳管吸附成功率可達60%以上。
藉此簡便的方法，本文更進一步對摻硼碳管進行彎曲測試的研究，得知摻硼奈米碳管受固定應力而彎曲時，只有微弱的背向散射產生。初步判斷，摻硼碳管內部載子的導電機制是由價帶附近之摻雜能階的電洞所控制，此摻雜能階不受2PZ軌域應力變形影響。此結果證實，一般用以解釋碳管導電方式之表面2PZ軌域電子共振模型不再適用於摻雜碳管。

Automatic attachment of BCNTs onto metal tip at solvent-air interface provides successful alignment of tube-tip assembly at ca. 60-70%. A lowest resistance is present when BCNTs are continuously bridging electrodes.
Constant bending of BCNTs gives weakly backscattering of electron transmission, because primary conduction for p-doped nanotubes is switched to an extra-energy level near to valence band edge and electron hopping amplitude at bending 2Pz orbits no longer plays a crucial role in conduction mechanism. A compact contact between nanotubes and electrodes is large enough by calculation to neglect the contact resistance.

摘要…………………………………………………………..……………………....I
英文摘要…………………………………………………………..………………...II
誌謝……………………………………………………………………..…………..III


第一章 前言……………………………………………………………..…………..1

第二章 文獻回顧……………………………………………………..……………..2
2-1奈米碳管基本結構……………………………………..………………………..2
2-2奈米碳管電性…………………………………………………..………………..3
2-2-1奈米碳管的導電性………………………………………..……………...4
2-2-2奈米碳管的電導值………………………………………..……………...6
2-3奈米碳管受彎曲的影響………………………………………..………………..6
2-4奈米碳管摻雜………………………………………………………..………......9
2-4-1摻雜碳管概述………………………………………………....………….9
2-4-2摻硼碳管特性………………………………………………..………….10


第三章 實驗步驟…………………………………………………..………………12
3-1器材準備…………………………………………………………………..……12
3-2鎢針蝕刻……………………………………………………………………..…12
3-3實驗流程……………………………………………………………………..…13
3-3-1奈米碳管擷取………………………………………………...…………13
3-3-2奈米碳管橋製作……………………………………………………..….14
3-3-3摻硼碳管電阻量測…………………………………………………..….14
3-3-4摻硼碳管彎曲試驗……………………………………………………...18

第四章 結果與討論………………………………………………..………………19
4-1碳管吸附………………………………………………………………………..19
4-2最低電阻量測………………………………………………………………..…20
4-2-1實驗結果………………………………………………………………...20
4-2-2現象討論………………………………………………………………...20
4-2-3其它現象討論…………………………………………………………...22
4-3碳管彎曲試驗…..…………………………………………………....…………23
4-3-1實驗結果…………………………………………………......……….…23
4-3-2現象討論……………………………………………………………..….25
4-3-3緊實接觸計算…………………………………..……………………….27


第五章 結論……………………………………………………………..…………29

參考文獻………………………………………………………………..…………..30

圖目錄
圖2.1 奈米碳管結構外觀…………………………………………….…………….2
圖2.2 依螺旋性區分的不同奈米碳管結構…………………………….………….3
圖2.3 奈米碳管座標……………………………………………………….……….4
圖2.4 半導體型碳管……………………………………………………….……….5
圖2.5 金屬型碳管………………………………………………………….……….6
圖2.6 扭結(kinking)………………………………………………………….……..8
圖2.7 波狀變形(buckling)………………………………………………….………8
圖2.8 電弧放電法示意圖………………………………………………….…….....9
圖2.9 摻硼碳管可能結構………………………………………………….……...11
圖2.10 摻硼碳管之能帶結構示意……………………………………….……….11

圖3.1 鎢針蝕刻示意圖………………………………………………….………...13
圖3.2 奈米碳管橋製作流程圖……………………………………….…………...15
圖3.3 奈米碳管橋製作之即時OM圖像…………………………….………..15,16
圖3.4碳管SEM圖…………………………………………………….……….16,17
圖3.5 彎曲試驗示意圖……………………………………………….….………..18

圖4.1 碳管吸附在鎢針尖端OM圖…………………………………….………..19
圖4.2 摻硼碳管電阻 v.s. 時間變化圖(最低電阻)…………………….………...21
圖4.3 摻硼碳管電阻 v.s. 時間變化圖………………………………….……….23
圖4.4 摻硼碳管彎曲即時OM圖像與電阻 v.s. 時間變化圖…………….….…24
圖4.5 摻硼碳管電子能帶結構示意圖…………………………………….……...26
圖4.6 摻硼碳管彎曲之電子結構示意圖……………………………….………...27

                                

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