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研究生： 唐宇軒
Tang, Yu-Hsuan
論文名稱： 製備可圖紋化石墨烯/水溶性光阻奈米複材於微感測器應用之研究
Preparing Photopatternable Nanocomposites of Graphene/Water-Soluble Photoresist for Multifunctional Microsensor Application
指導教授： 劉大佼
口試委員: 李育德
張勝
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 化學工程學系
Department of Chemical Engineering
論文出版年： 2014
畢業學年度： 102
語文別： 中文
論文頁數： 105
中文關鍵詞： 石墨烯 、水溶性負光阻 、微感測器
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    • 生物感測器尺寸微小化為現今發展之趨勢，尺度微小化能有效縮減體積而方便攜帶，且能於同一區塊製造多種不同感測功能之區間，其製造過程需仰賴微影製程(photolithography process)技術。傳統之微影技術乃利用具有光敏感性之光阻劑(photoresist)塗佈於基材，以具圖紋之光罩使光線經曝光後轉移至光阻劑上，經顯影並蝕刻後去除光阻即可得所需之圖紋。
    本研究欲將石墨烯與製程環保之水溶性光阻混摻製作複合材，製備過程利用分散劑使石墨烯於光阻內達到良好之分散，使4 wt%之添加量達到良好的材料導電度，而具電化學感測之應用性。經複合材固化動力學研究發現複材轉化率受石墨烯添加之遮光效應(shield effect)及立體障礙(Steric hindrance)會略微下降。但利用增長曝光時間即可達到顯影時所需之強度，未轉化完之光阻則可利用製程中之硬烤使其雙鍵完全消除。顯像測試顯示複材具有良好之顯像能力。將顯影後具圖紋之微感應進行銅微粒之表面修飾，用作葡萄糖氧化觸媒。經電化學測試後，可觀察到葡萄糖氧化電流與濃度具線性關係；此外，未經表面修飾之複材，經實驗結果證明亦具有鉛之感測能力。由本研究成功以低添加量之石墨烯/水溶性光阻複合材料，可省去蝕刻製程，製作出可圖紋之感應器，同時具有血糖及血鉛測量之應用性。

    第 1 章 緒論 1 1-1 研究之背景與目的 1 1-2 研究之重要性 5 第 2 章 文獻回顧 6 2-1 自由基聚合(free radical polymerization) 6 2-1-1 自由基反應機制 6 2-1-2 自由基反應之複雜化因素 8 2-2 微影技術 10 2-2-1光阻的簡介 13 2-2-2 負型光阻的組成 15 2-2-3 具有羧基及不飽和雙鍵之光可聚合性聚合物 16 2-2-4光啟始劑(photoinitiator) 17 2-2-4-1 第一類型的單分子型光啟始劑[5] 18 2-2-4-2 第二類型的雙分子型光啟始劑[6,7] 19 2-2-5光聚合性單體(photopolymerizable monomer) 20 2-3 紫外光固化技術 23 2-4石墨烯(graphene) 27 2-4-1 以混摻法製備石墨烯複合材料 29 2-4-2 以共價鍵結法製備石墨烯複合材料 36 2-5分散劑[44] 41 2-6微感應器 43 2-6-1 生物感測器 43 2-6-2 石墨烯感測器發展[50] 46 2-6-3 微型感測器 47 第 3 章 實驗藥品、設備及方法 48 3-1 研究方法 48 3-1-1 實驗藥品 49 3-1-2實驗設備 49 3-2熱還原法製備石墨烯 50 3-3以微影程序製作複合材料 51 3-3-1混料 51 3-3-2塗佈 52 3-3-3曝前烤 52 3-3-4曝光 52 3-3-5顯影 52 3-3-6硬烤 52 3-4以銅微粒進行複合材微感測器表面修飾 52 3-5 結構鑑定與分析 53 3-5-1 X光繞射圖光譜 53 3-6-2紅外光譜分析 53 3-6-3 熱重分析儀 53 3-6-4熱示差掃描分析儀 54 3-6-5形態學觀察分析( SEM、TEM) 54 3-6-6四點探針 54 3-6-7紫外光可見光吸收光譜 55 3-6-8循環伏安儀 55 第 4 章 結果與討論 56 4-1 TRG之結構鑑定 56 4-2石墨烯於複合材中之分散 58 4-2-1分散劑之濃度效應 59 4-2-2懸浮測試 61 4-2-3分散對熱穩定性之影響 63 4-3 複合材料固化動力學研究 65 4-3-1以 FTIR計算轉化率 65 4-3-2以 DSC計算固化活化能 70 4-4導電度分析 73 4-4-1分散性對導電度之影響 74 4-4-2 UV光固化前後之導電度 76 4-5微影製程 78 4-5-1 特性曲線(characteristic curve) 78 4-5-2 顯像分析 80 4-5-3 硬烤(hard bake) 83 4-6電化學分析 85 4-6-1以未經表面修飾之PUA/TRG-4%作葡萄糖微感應器 86 4-6-2以銅微粒修飾之PUA/TRG-4%作葡萄糖微感應器 90 4-6-3鉛微感測器 95 第 5 章 結論 98 第 6 章 參考文獻 102  

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