氧化亞銅與氧化銅奈米微粒的熱縮現象探討

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林聖達(Sheng-da Lin) 查詢紙本館藏

畢業系所

物理學系

論文名稱

氧化亞銅與氧化銅奈米微粒的熱縮現象探討
(The phenomenon of thermal contraction of cuprous oxide and cupric oxide nanoparticles)

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摘要(中)

本實驗室是用低真空熱蒸鍍法製成銅奈米微粒，在缺氧環境下氧化成氧化亞銅、以及在大氣中繼續氧化為氧化銅，經由X光繞射實驗與結構精算軟體得知樣品詳細成分和晶體結構，知道氧化亞銅與氧化銅粒徑各為5.5 nm及3.6 nm。
利用物理特性量測系統測量氧化亞銅及氧化銅在不同溫度下的磁化曲線，並利用朗之萬函數、布里淵函數、反磁項進行擬合。
在低溫下主要是自旋極化與塞曼效應對氧化亞銅的磁化強度貢獻，而在高溫中則是自旋極化與反磁項對磁化強度的貢獻。氧化銅在低溫有兩個分量做主導，自旋極化與塞曼效應，隨溫度增加塞曼效應貢獻會趨近於零，然而磁化強度卻隨磁場增加而變強，顯示氧化銅有其他機制的貢獻。氧化亞銅和氧化銅的Ms(T)以及M(T)曲線圖利用布洛赫定律擬合，由擬合結果顯示奈米微粒系統具有自旋波的存在。對氧化亞銅奈米微粒作變溫X-Ray，顯示氧化亞銅在150~180 K有熱收縮現象，將晶格常數變化與奈米微粒磁性作比較，發現飽和磁化強度對溫度變化和晶格常數對溫度變化很像，推測電荷重新分佈對晶格常數有所影響，因此藉由氧化亞銅電荷密度分佈，發現晶格結構某些位置的電荷密度隨溫度變化趨勢與晶格常數隨溫度變化趨勢很像，說明電荷重新分佈與晶格常數是有關聯。

摘要(英)

The copper nanoparticles were manufactured by the thermal evaporation method. We got the sample of cuprous oxide from a process that heated the copper in a condition in which not enough oxygen, and got the sample of cupric oxide from the process that heated in air. The chemical composition of the sample were pure Cu2O and CuO by X-ray diffraction and General Structure Analysis System. The mean particle diameter of Cu2O and CuO nanoparticles were 5.5 nm and 3.6 nm that determined respectively by X-ray diffraction patterns.
Magnetic properties of nanoparticles were measured by Physical Property Measurement System. The M(H) of Cu2O in various temperature were observed, then fitted the M(H) curve by a Langevin function, a Brillouin function and a diamagnetic term. From a result of fitting curve at all temperature, there were three effect in the system, spin polarization, Zeeman effect, diamagnetic term. At low temperature, the M(H) of Cu2O could be represented by spin polarization and Zeeman effect, then at high temperature, M(H) could be predominated by spin polarization and diamagnetic term. Looking the M(H) curve of CuO, it showed there were two components in the system at low temperature, spin polarization and Zeeman effect. M(H) was risen with magnetic field increasing at high temperature, there was other term in the system. By fitting Ms(T) and M(T),we observed that it had spin wave in the nanoparticle system. By the XRD patterns, we observed that Cu2O had a property of the negative thermal expansion at 150~180 K, and it had a relation with charge density transition.

關鍵字(中)

★ 熱縮現象
★ 電荷密度
★ 自旋波
★ 塞曼效應
★ 自旋極化

關鍵字(英)

★ spin polarzation
★ Zeeman effect
★ spin wave
★ charge density
★ thermal contraction

論文目次

論文摘要..................................................I
Abstract.................................................II
致謝....................................................III
目錄.....................................................IV
圖目錄...................................................VI
第一章、簡介.............................................1
1-1銅、氧化亞銅、氧化銅的基本性質介紹.....................1
1-2奈米效應...............................................4
第二章、樣品製備分析與實驗儀器介紹.......................7
2-1樣品製備...............................................7
2-2樣品成分分析...........................................9
2-3樣品粒徑大小和分佈....................................13
2-4物理特性量測系統......................................18
第三章、奈米微粒的磁性分析..............................20
3-1自旋極化..............................................20
3-2朗之萬順磁理論........................................22
3-3布里淵函數............................................24
3-4磁化強度的擬合........................................26
3-5奈米微粒磁性對溫度的變化..............................35
第四章、熱效應對晶體電荷分佈及晶格常數影響..............47
4-1晶格常數分析..........................................47
4-2熱縮效應與磁性變化....................................54
4-3熱縮效應與電荷密度分佈................................57
第五章、結論............................................64

參考文獻

第一章
[1] 銅氧核殼奈米顆粒間交互作用對自旋極化之影響, 陳乃維, 國立中央大學碩士論文(2008)
[2] J. M. Zuo, M. Kim, M. O'Keeffe and J. C. H. Spence, NATURE 401
(1999)
[3] 奈米科技高逢時科學發展 2005年2月386期
[4] H. Hori, T. Teranishi, Y. Nakae, Y. Seino, M. Miyake, and S. Yamada, Phys. Lett. A 263, 406 (1999).
[5] B. Sampedro, P. Crespo, A. Hernando, R. Litrán, J. C. Sánchez López, C. LópezCartes, A. Fernandez, J. Ramírez, J. González Calbet, and M. Vallet,Phys. Rev. Lett. 91, 237203 (2003).
[6] V. Kumar and Y. Kawazoe, Eur. Phys. J. D 24, 81 (2003).
[7] Y. Yamamoto, T. Miura, M. Suzuki, N. Kawamura, H. Miyagawa, T. Nakamura,K. Kobayashi, T. Teranishi, and H. Hori, Phys. Rev. Lett. 93, 116801 (2004).
[8] 顆粒間交互作用對奈米金自發性磁性之影響,郭彥廷,國立中央大學碩士論文(2008)
第二章
[1] 材料分析，汪建民中國材料學學會(2008)
[2] 氧化亞銅奈米顆粒的熱縮現象探討吳政道國立中央大學碩士論文(2009)
[3] 銅與氧化銅奈米微粒之自旋極化效應沈奕廷國立中央大學說是論文(2011)
[4] X光繞射原理與材料結構分析許樹恩、吳泰伯中國材料學學會(2006)
[5] 擬合X光繞射峰形判定奈米微粒粉末的粒徑分佈王進威國立中央大學碩士論文(2006)
第三章
[1] 材料分析，汪建民中國材料學學會(2008)
[2] 氧化亞銅奈米顆粒的熱縮現象探討吳政道國立中央大學碩士論文(2009)
[3] 銅與氧化銅奈米微粒之自旋極化效應沈奕廷國立中央大學說是論文(2011)
[4] X光繞射原理與材料結構分析許樹恩、吳泰伯中國材料學學會(2006)
[5] 擬合X光繞射峰形判定奈米微粒粉末的粒徑分佈王進威國立中央大學碩士論文(2006)
第四章
[1] W. Schäfer, A. Kirfel, A. Kirfel Appl. Phys. A 74 [Suppl.], S1010–S1012 (2002)
[2] 氧化亞銅微粒的自發性自組奈米線之研究紀忠義國立東華大學碩士論文(2009)

指導教授

李文献(Wen-Hsien Li)

審核日期

2011-7-13

推文