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研究生： 林育賢
Yu-Hsien Lin
論文名稱： 單壁奈米碳管在交流電路的品質因數研究
Exceptional Quality Factor in Single-Walled Carbon Nanotubes
指導教授： 徐文光
Wen-Kuang Hsu
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： 2006
畢業學年度： 94
語文別： 中文
論文頁數： 43
中文關鍵詞： 奈米碳管 、品質因數 、共振頻率
外文關鍵詞： carbon nanotubes, quality factor, resonant frequency
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    • 本論文中，第一部份主要探討單壁奈米碳管在交流電路中所測得極高的品質因數。相較於一般的電子元件品質因數大約從數十到數百不等，本實驗我們利用單壁奈米碳管作為介電值，還有碳管本身螺旋電流所造成的電感效應，在交流電路中架構成一個RLC共振電路，可以輕鬆獲得數百到數千的品質因數。
    第二部分中，利用紅光雷射，照射在碳管上使之產生光電流，而造成電阻與電容等等電性上的影響，經由這些影響，使得碳管的品質因數可以提升若干倍。除了品質因數大小有所影響，照光之後也觀察到共振頻率隨著照光而有所改變。
    關於本論文的章節編排，第一章為文獻回顧，第二章是實驗，第三章實驗結果與討論，第四章是結論，最後是參考資料。

    In this work, we discover that single-walled carbon nanotubes (SWNTs) exhibit exceptionally high quality factor in ac circuit. We find that SWNTs not only play the role as a dielectric material to contribute the capacitance to an ac circuit, but also contribute the inductance to the circuit due to the helical current arisen in itself. For the contribution of SWNTs, the circuit performs extra high quality factor compared to traditional material. In the end of this chapter, we will discuss the electrical behavior and the main mechanism of SWNTs in a RLC circuit.

    In addition, we illuminate the SWNTs device by laser in order to find the relationship between the photocurrent and the electrical characteristics. When the device illuminate by laser, the resistance decreases and the quality factor increase as well. In addition to the quality factor, the resonant frequency is also changed after illuminating.

    中文摘要…………………………………………………………………Ⅰ 英文摘要..................................................Ⅱ 總目錄....................................................Ⅲ 圖目錄....................................................Ⅴ 表目錄....................................................Ⅶ 第一章 文獻回顧…………………………………………………………1 1-1奈米碳管基本結構……………………………………………………1 1-2奈米碳管的基本電性…………………………………………………1 1-3奈米碳管的合成………………………………………………………6 1-4 奈米碳管的螺旋電流.........................................................8 1-5實驗動機........................................................10 第二章 實驗步驟………………………………………………………12 2-1實驗設置、步驟……………………………………………………12 2-1-1實驗儀器..........................................12 2-1-2測量試片製備與第一階段實驗步驟....................13 2-1-3第二階段實驗步驟..................................14 第三章 結果與討論……………………………………………………19 3-1共振現象……………………………………………………………19 3-2 RLC模型建立………………………………………………………22 3-3照光前實驗結果與討論……………………………………………23 3-3-1初步結果討論......................................23 3-3-2極大品質因數的討論................................24 3-4照光後的討論...........................................25 3-4-1電阻與品質因數的討論..............................25 3-4-2其他電性變化與共振頻率的改變......................26 3-5與較大尺寸試片結果比較.................................27 3-6通頻帶的討論...........................................28 第四章 結論……………………………………………………………39 參考文獻……………………………………………………………………40 圖目錄 圖1.1 奈米碳管結構示意圖……………………………………………4 圖1.2 依螺旋性區分的不同奈米碳管結構……………………………4 圖1.3半導體型碳管……………………………………………………5 圖1.4金屬型碳管………………………………………………………5 圖1.5電弧法合成單層奈米碳管機台示意圖………………………7 圖1.6延碳管軸向施一靜電場Ez，電流分為兩個分量Jz與Jc........9 圖2.1 實驗試片外觀……………………………………………………15 圖2.2 量測示意圖………………………………………………………15 圖2.3 試片SEM圖………………………………………………………16 圖2.4試片SEM圖............................................16 圖2.5試片SEM圖...........................................17 圖2.6試片SEM圖............................................17 圖2.7量測鐵台示意圖.......................................18 圖2.8紅光雷射垂直照射在試片上.............................18 圖3.1串聯RLC電路示意圖與阻抗向量圖........................30 圖3.2並聯RLC電路圖........................................30 圖3.3兩電極間存在電阻、電容及電感，在量測上預設為串聯RLC電路.......31 圖3.4四組不同電阻值的單壁奈米碳管束通以頻率1K∼1000KHz交流電壓源取25點電阻量測結果....................................31 圖3.5三組不同電阻值的單壁奈米碳管束通以頻率1K∼1000KHz交流電壓源取25點電容量測結果....................................32 圖3.6取100K∼1000KHz頻率間電阻對交流電頻率作圖............32 圖3.7取10K∼100KHz頻率間電容對交流電頻率作圖..............33 圖3.8取1K∼1000KHz頻率間品質因數(quality factor)對交流電頻率作圖.......33 圖3.9在1KHz下阻值為0.9M 的試片品質因數對頻率作圖..........34 圖3.10在1KHz下阻值為2.6M 的試片品質因數對頻率作圖.........34 圖3.11頻率取點示意圖......................................35 圖3.12在1KHz中量測到一組0.29 M 碳管束，對其共振頻率附近品質因數對頻率照光前後作圖....................................35 圖3.13在1KHz中量測到一組2.08 M 碳管束，對其共振頻率附近品質因數對頻率照光前後作圖....................................36 圖3.14較大尺寸單壁奈米碳管品質因數對頻率圖................36 圖3.15電流比值對角頻率作圖，利用0.707比值關係來確認通頻帶...............37 表目錄 表一在1KHz下0.29 M 在照光前後的比較.......................37 表二在1KHz下2.08 M 在照光前後的比較.......................38

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