暗場顯微鏡系統監控石墨烯成長之研究

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陳政熙(Zen-Xi Chen) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系在職專班

論文名稱

暗場顯微鏡系統監控石墨烯成長之研究
(Research of monitoring the Graphene growth by Dark field microsecope system)

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摘要(中)

石墨烯(graphene)為近幾年備受矚目研究的材料之一。石墨烯，又名為單層石墨，由碳原子以sp2鍵結組合形成的六角形蜂窩狀結構其厚度為一個原子厚。其擁有良好的電性、極高穿透率以及高導熱性。
目前觀測石墨烯成長，其方法為石墨烯生長完之後，使用原子力顯微鏡(AFM)、掃描式電子顯微鏡(SEM)、穿透式電子顯微鏡(TEM)，以上述顯微鏡的暗場方式來觀察石墨烯晶粒，卻無法觀測石墨烯成長。
本研究主要目標在快速升溫系統(Rapid Thermal Process )上觀測石墨烯生長，使用長焦距光學顯微鏡做為觀測鏡頭，再以金屬網格驗證長焦距光學顯微鏡系統的暗場觀測模式使用上是可行的。為此目標，採用光學顯微鏡與長焦距光學顯微鏡相同倍率100倍下做比較分析。利用反射光方式在快速升溫系統的觀測孔觀測，機台溫度調節600度以下，皆可觀測未長滿石墨烯的暗場效果，研究結果快速升溫系統上使用長焦距光學顯微鏡的暗場觀測模式是可達到觀測石墨烯生長的。

摘要(英)

Graphene is one of the materials that get the most attention in recent years. It is also known as monolayer graphite has hexagonal honeycomb structure of carbon atoms, the thickness of graphene is equal to an atom. It has good electrical properties, high transmittance and high thermal conductivity.
Some research uses some instruments to observe the graphene, such as atomic force microscope (AFM), scanning electron microscope (SEM), and transmission electron microscope (TEM). But these instruments can’t observe the growing process of graphene.
In order to observe the graphene growth in the rapid thermal system (Rapid Thermal Process), we use a long focal length optical microscope with dark field system as an observation. We compare the dark field result of optical microscope and the long focal length optical microscope with 100x in the temperature is near 600°C. It is successful to observe the graphene in the rapid thermal system.

關鍵字(中)

★ 石墨烯
★ 快速升溫系統
★ 長焦距光學顯微鏡
★ 暗場

關鍵字(英)

★ graphene
★ rapid thermal system
★ long focal length optical microscope
★ dark field

論文目次

摘要 I
Abstract II
致謝 III
目錄 IV
圖表目錄 VII
第一章緒論 1
1-1前言 1
1-2研究動機 1
1-3論文架構 2
第二章顯微鏡基礎理論 3
2-1光學顯微鏡 3
2-2顯微鏡系統-放大倍率 4
2-3物鏡系統架構 5
2-3-1物鏡放大倍率 5
2-4目鏡系統 6
2-5光學顯微鏡成像系統 6
2-5-1明場工作原理(Bright Field) 6
2-5-2暗場工作原理(Dark Field) 7
2-6石墨烯製備方法 8
2-6-1膠帶剝離法 8
2-6-2石墨烯還原法 10
2-6-3化學氣相沉積法 11
第三章儀器介紹及實驗方法 14
3-1 快速升溫系統(Rapid Thermal Processing ,RTP) 14
3-1-1快速升溫系統-功能原理 15
3-1-2快速升溫系統-石墨烯製備流程 16
3-2長焦距光學顯微鏡系統架構 17
3-2-1長焦距光學顯微鏡-放大倍率 18
3-3電荷耦合元件(Charge-coupled Device,CCD) 18
3-3-1 CCD工作原理 19
3-4 液晶顯示器(Liquid-crystal display,LCD) 20
3-4-1 LCD工作原理 20
3-5環形光源 21
3-6光學顯微鏡 (Optical Microscope ,OM) 21
3-7實驗設計 23
第四章實驗結果與討論 24
4-1 觀測孔 24
4-2長焦距光學顯微鏡-工作距離 24
4-3金屬網格- RTP-外-穿透光-暗場 25
4-3-1金屬網格-RTP-外-反射光-暗場 26
4-3-2穿透光與反射光 28
4-3-3未長滿石墨烯-RTP-外-反射光-暗場 28
4-4金屬網格-RTP-內-反射光-暗場 29
4-4-1未長滿石墨烯-RTP-內-反射光-暗場 30
4-4-2 RTP紅外輻射-暗場-Test 31
4-5石墨盒 33
4-5-1 石墨盒-RTP內-暗場 34
4-6反射式與OM 36
4-7解析度 37
第五章結論與未來方向 39
參考文獻 41

參考文獻

[1]廖文琪光學顯微鏡之鏡頭設計中央大學光電科學與工程學系碩士論文(2012)
[2]從維基百科網頁中，可以獲得目鏡相關資訊(https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%9B%AE%E9%95%9C)
[3]第四章顯微鏡之構造、原理及使用的網頁中，可以獲得相關資訊(http://web.nchu.edu.tw/~rootdis/plant%20pathology/97Session/002-970926/ch4microscope.pdf)
[4]Bi, H., Huang, F., Liang, J., Xie, X., & Jiang, M.. Transparent conductive graphene films synthesized by ambient pressure chemical vapor deposition used as the front electrode of CdTe solar cells. Advanced Materials,23(28), 3202-3206. (2011)
[5]Geim,A. K., & Novoselov, K. S.. The rise of graphene. Nature materials, 6(3), 183-191. (2007)
[6]Zhu, Y., Murali, S., Cai, W., Li, X., Suk, J. W., Potts, J. R., & Ruoff, R. S. Graphene and graphene oxide: synthesis, properties, and applications.Advanced materials, 22(35), 3906-3924,(2010)
[7]Kim, K. S., Zhao, Y., Jang, H., Lee, S. Y., Kim, J. M., Kim, K. S., ... & Hong, B. H.. Large-scale pattern growth of graphene films for stretchable transparent electrodes. Nature, 457(7230),706-710,(2009).
[8]Eda, G., Fanchini, G., & Chhowalla, M.. Large-area ultrathin films of reduced graphene oxide as a transparent and flexible electronic material.Nature nanotechnology, 3(5), 270-274. (2008)
[9]朱彥霖, 單晶相石墨烯製備與特性分析. 中央大學光電科學與工程學系碩士論文( 2014)
[10] 魏健桓電漿輔助低溫化學氣相沉積法直接成長石墨烯/金屬複合透明導電薄膜中央大學能源工程學系碩士論文(2015).
[11]陳嘉偉石墨烯透明導電膜與其成長模型之研究中央大學能源工程學系碩士論文(2013)
[12]張豐志"應用高分子手冊"(第一版) 五南出版社(2011)
[13]Iword的網頁中，可獲得CCD重要資訊(http://iword.biz/topicdetail.php?id=99&p=1172)
[14]從石墨烯粉末GRP-B001表徵資料網頁中，可獲得SEM圖(http://www.ntust.edu.tw/ezfiles/0/1000/attach/2/pta_7611_2674884_11471.pdf)

指導教授

郭倩丞(Chien-Cheng Kuo)

審核日期

2016-8-18

推文