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研究生: 李彥輝
Yan-Huei Li
論文名稱: 微波頻段下單壁奈米碳管之介電常數量測
The Measurement of Dielectric Constants of Single-walled Carbon Nanotubes in Microwave Frequency
指導教授: 呂助增
Juh-Tzeng Lue
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電機資訊學院 - 電子工程研究所
Institute of Electronics Engineering
論文出版年: 2006
畢業學年度: 94
語文別: 中文
論文頁數: 112
中文關鍵詞: 介電常數單壁奈米碳管微波
外文關鍵詞: dielectric constant, single-walled carbon nanotube, microwave
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  • 介電常數是描敘材料性質的一個重要的物理參數,本實驗主要是在量測單壁奈米碳管(single-walled carbon nanotube, SWCNT)在微波頻段下的介電常數,實驗中是利用微波共振腔的方式來量測其介電常數。

    微波共振腔內共振模態的電磁場分佈情形,則利用基本的Maxwell方程式及高頻電磁模擬軟體HFSS加以分析,以改進天線結構而達到高度的臨界耦合。奈米碳管加入氧化鋁粉末,以石蠟去水氣後均勻混和,製成我們所需的樣本,接著放入微波共振腔內,使用網路分析儀來量測共振模態以及共振頻率,再藉由電磁理論的分析、微波電路的公式,及數學運算軟體Mathematica的輔助計算,可以得到單壁奈米碳管的介電常數。

    本論文主要分為五章。第一、二章主要為奈米碳管的特性簡介。第三章主要是介紹實驗的理論,其中包括如何利用量測到的共振頻率和Q值,來得到介電常數的實部和虛部;並且利用等效介質理論來分離出介電常數。第四章主要是介紹實驗的儀器和實驗中幾個較重要的步驟。第五章主要是實驗的結果和討論。最後附錄則是HFSS的模擬分析與共振能譜的量測數據。


    目錄 摘要 致謝 目錄 第一章 序論 1.1 前言 1.2 量測理論 第二章 奈米碳管介紹 2.1 奈米碳管的結構與特性 2.2 單壁奈米碳管的電子傳輸特性 2.3 奈米碳管的機械特質 2.4 奈米碳管的結構與拉曼光譜 2.5 奈米碳管的應用 2.5.1 電子場發射之應用 2.5.2 顯微鏡掃描探針之應用 2.5.3 能源之應用 2.5.4 化學偵測器的使用 2.5.5 其他應用 第三章 微波共振腔的基本理論 3.1 微波介質共振腔內電磁場理論推導 3.1.1 TE模態 3.1.2 TM模態 3.1.3 TM010模態 3.2 耦合天線 3.2.1 耦合天線和電磁場的激發 3.2.2 耦合天線的種類 3.3 等效介質理論 3.3.1 Effective Medium Theory, EMT 3.3.2 Effective Medium Approximation, EMA 3.4 電容值與有效介電常數 3.5 Q值的計算與虛部介電常數 3.5.1 Q值的定義 3.5.2 QL轉換成Q0 3.5.3 Qswcnt的求法 3.5.4 Q值與介電常數虛部的關係 第四章 實驗的操作 4.1 單壁奈米碳管 4.2 介電質樣品製作 4.3 介電質共振腔構造 4.4 網路分析儀 4.4.1 基本原理 4.4.2 基本構造 4.4.3 史密斯圖(Smith Chart) 4.4.4 S參數 4.4.5 網路分析儀的校正 4.4.6 共振頻率的判別 第五章 實驗結果與討論 5.1 單壁奈米碳管與氧化鋁粉末混合比例 5.2 微波頻段下單壁奈米碳管的介電常數實部 5.3 微波頻段下單壁奈米碳管的介電常數虛部 5.4 低頻下單壁奈米碳管的介電常數 5.5 Drude Mode 參考資料 附錄A HFSS模擬微波共振腔 附錄B 網路分析儀共振能譜

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