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研究生: 蔡欣蓉
Hsin-Jung Tsai
論文名稱: 單壁奈米碳管受高壓電線塔影響之研究
A Study of Single-Walled Carbon Nanotubes influenced by High-voltage tower
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: 2007
畢業學年度: 95
語文別: 中文
論文頁數: 62
中文關鍵詞: 單壁奈米碳管高壓電線塔電磁波離子氣體電磁脈衝
外文關鍵詞: single-wall carbon nanotubes, high-voltage tower, electromagnetic wave, ion gases, electromagnetic pulse
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  • 本論文的實驗有三大部分,研究高壓電塔對單壁奈米碳管(SWNTs)的電性影響;第一部分是以電磁波照射SWNTs,並發現在電磁波的照射下,SWNTs表面會產生渦電流而有電阻震盪的現象。第二部分是利Tesla coil模擬高壓電塔放電的狀況將周圍的氣體離子化,離子化氣體對SWNT的電阻值影響,在不同氣體環境下因為離子化氣體的t差異,而造成電阻降值不同;而在不同距離下的時候,即使離子數目不同卻也不會影響碳管電阻的下降程度。第三部分是利用Tesla coil所產生的電磁脈衝對SWNTs 進行作用。

    關於本論文的章節編排,第一章為文獻回顧,第二章是實驗動機,第三章是實驗步驟,第四章是實驗結果與討論,第五章結論替整篇論文做個總結。


    In this paper, we study that high-voltage tower can influence the resistance of single-wall carbon nanotubes(SWNTs) on three direction: Electromagnetic wave, ion gases and electromagnetic pulse.

    In the first part, the rapid change of magnetic produces the eddy current on the surface of SWNTs to make the resistance oscillation. In the second part, We use Tesla coil arc discharge to model the high voltage tower ionizing the circumferential gas and measure the SWNTs resistance change. Under the different gas environment, the different ion gases make the different resistance drop. In addition at the different distance, ion gas can dissipation during it diffuses, so the more the distance increase the more the ion concentration loss. However, the degrees of the resistance change are the same. In the last part, the packed SWNTs is put near the Tesla coil which produces the strong electromagnetic pulse. Electromagnetic pulse can be shielded by aluminum foil at far distance, but it can’t be shielded when the SWNTs is very closed to Tesla coil.

    總目錄 中文摘要……………………………………………………….…....... I 英文摘要……………………………………………………....…..….…II 總目錄…………………………………………………………...…...…III 圖目錄……...………………………………….………………….......…V 第一章 文獻回顧……………………………………………….…1 1-1 奈米碳管的電子結構及電性………………………………...….1 1-2 氣體吸附的兩種模式-物理吸附與化學吸附…………………...3 1-3奈米碳管的氣體吸附特性………………………………………..5 1-3-1奈米碳管吸附氧氣的文獻回顧…………………………...5 1-4 高壓電塔在大氣下對環境造成的影響………………………...10 1-4-1大氣下高壓電塔產生的電磁波對環境的影響………….10 1-4-2大氣下高壓電塔產生的電暈放電對環境的影響……….13 1-4-3大氣下高壓電塔產生的電磁脈衝對環境的影響……….16 1-5本實驗單層奈米碳管的合成方法:化學氣相沉積流動觸媒法..17 第二章 實驗動機………………………………………………....19 第三章 實驗步驟…………………………………………….…...21 3-1 實驗準備、裝置………………………………………………..21 3-1-1 實驗儀器準備………………………………………….21 3-1-2 實驗儀器簡述………………………………………….21 3-1-3奈米碳管薄膜元件的製作……………………………..25 3-1-4 實驗流程圖…………………………………………….27 3-1-5實驗裝置圖……………………………………………..28 3-2實驗步驟……………………………………………………….32 3-2-1電磁波直接影響SWNTs之實驗步驟…….………..…..32 3-2-2離子氣體對SWNTs的影響之實驗步驟….………..…..34 3-2-3電子脈衝對SWNTs影響之實驗步驟…………..……...35 第四章 實驗結果與討論……………………...……………….37 4-1電磁波直接影響SWNTs之結果討論………………………….37 4-1-1實驗結果……..………………………………………...37 4-1-2現象討論…….…………………………………………39 4-1-3其他現象討論…….……………………………………41 4-2利用Tesla coil模擬高壓電塔離子化附近氣體的狀況之實驗 結果……………………………………………………………43 4-2-1不同氣體下的高壓電模擬之實驗結果………………...43 4-2-2不同距離下高壓電模擬之實驗結果…………………...44 4-2-3現象討論………………………………………………...48 4-2-4其他現象討論…………………………………………...53 4-3 電磁脈衝對SWNTs影響之結果討論……………………..….55 4-3-1實驗結果………………………………………………...55 4-3-2現像討論………………………………………………...56 第五章 結論..…………………………….……………………...…58 參考文獻……………………………………………………...……...60 圖目錄 圖1.1 單層奈米碳管的結構就是將石墨結構捲成管狀,不同的捲曲角 度會得到不同螺旋性的奈米碳管……………………………....3 圖1.2 氫原子在鎢薄膜上的化學吸附熱………………………….……4 圖1.3(a)奈米碳管在抽真空的過程會有電阻下降的效果,(b)熱電係 數也會由正值變成負值…………………………………………..6 圖1.4 (a)抽真空對CNT-FET導電特性的影響;(b)大氣下in air的能帶 結構圖、對應到圖a的in air;(c)抽真空之後的能帶結構圖、 對應到圖a的annealed in vacuum;(d)碳管參雜IA族金屬,不 同參雜次數對於CNT-FET導電特性的影響;(e)參雜10次之後 的能帶結構圖;(f)參雜12次之後的能帶結構圖……………….9 圖1.5 (a)(b)為雙極性ambipolar的行為,(c)(d)分別是在氧氣中對元件 加正副不同閘極電壓的影響,只有在負電壓下會有電洞流過..9 圖1.6 日常生活環境中可能出現的電磁波………………….………..11 圖3.1 (a)Tesla coil內部結構;(b)實驗中Tesla coil放電的狀況, 紅色 區為電弧生成……………………………………….………….24 圖3.2 本實用所使用之已純化過SWNTs膜之低倍率SEM影像……26 圖3.3本實用所使用之已純化過SWNTs膜之高倍率SEM影像…….26 圖3.4實驗流程圖…………………………………………..……….….27 圖3.5利用高周波爐當電磁波源對SWNTs作用之示意圖…………..28 圖3.6 以加熱器當做電磁波源對SWNTs作用之示意圖。右下圖顯示 以鐵板與鐵管將導線屏蔽,左下圖為屏蔽後上視圖,顯示鐵板 上挖個小孔讓電磁波對SWNTs作用,相片為屏蔽後的情況...29 圖3.7 利用電暈放電來模擬高壓電離子化周圍氣體之實驗示意圖,本 實驗在一個有蓋塑膠箱內進行,可控制環境變因……...…….30 圖3.8 利用Tesla coil模擬高壓電塔離子化氣體之裝置照片,相片左 下的管線可灌不同的氣體體進入實驗腔體內,圖左為Tesla coil 與其前端的接地電極,右邊為離子偵測器,並且將碳管試片放 置於貼近離子偵測器吸氣口…………………………………..31 圖3.9 (a)為了要隔絕氣體接觸到SWNTs試片,將之用培養皿裝起來 並用鋁箔紙將之封上;(b)整個實驗設備的電線都用鋁箔包 覆……………………………………………............……………31 圖3.10以漆包線作成兩捲各100匝的線圈,兩線圈中間連結SWNTs 試片之示意圖…………………………………..……………..33 圖4.1 使用高周波爐當電磁波源對SWNTs作用的實驗結果(a)試片受 高頻1700Hz作用之電阻變化v.s時間變化圖,亦有對照組是 沒有受到電磁波影響的碳管電阻變化;(b)試片受低頻800Hz 作用之電阻變化v.s時間變化圖……………………………….38 圖4.2(a)單純線圈與連接SWNT的線圈受到一般電器的電磁波照射 下,電阻變化率震盪的情形;(b) 圖4-2b同樣是連接碳管的線 圈有屏蔽跟沒有屏蔽的電阻變化率比較………………………39 圖4.3 大面積與小面積的鋁箔片在電磁波照射下的電阻震盪變化..41 圖4.4 使用Tesla coil 模擬高壓電塔將周圍氣體離子化,離子化氣體 進而與SWNTs作用之離子濃度v.s.時間變化圖,下面的是 SWNTs電阻變化v.s.時間變化圖;(a)在大氣環境下之實驗結 果,(b)在CO2環境下之實驗結果,(c)在Ar環境下之實驗結果, (d)三種氣體環境下碳管的電阻值變化比較…………...….45,46 圖4.5改變SWNTs試片與Tesla coil的距離,並進行高壓電放電模擬 (a) 在不同距離下的離子濃度v.s.時間變化圖,(b)不同距離下 SWNTs電阻值v.s.時間變化比較圖,(c) 相距15cm與相距25cm下的離子累積量與電阻變化率…………………………..….47.48 圖4.6 Ar氣氛下,Tesla coil放電時,SWNTs與電線之電阻值隨時 間變化關係圖……………………………………………….….49 圖4.7 新離子欲吸附在SWNTs試片表面之可能吸附途徑……...…..51 圖4.8 大氣環境下進行一次的高壓放電,SWNTs需花費1500秒鐘才 可回復至原來的電阻值,箭頭所指為放電開始……...…….…52 圖4.9 本實驗所用之SWNTs薄膜在XPS分析下的結果,紅色圈 起部分為碳的訊號,箭頭所指的訊號可能為氧與SWNTs表 面鍵結產生之化合物……………………………………….55 圖4.10 (a)當SWNTs與電線試片相距Tesla coil 20公分受電磁脈衝作 用之結果;(b)相距3公分以內時受電磁脈衝作用之結果.56,57 圖5.1 電磁波強度與水平距離的關係………………………..……….59

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