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姓名 陳彥勳(Yen-Hsun Chen)  查詢紙本館藏   畢業系所 材料科學與工程研究所
論文名稱 利用陽極氧化鋁模板製備銀奈米結構陣列於玻璃基板
(Fabrication of Ag Nanostructure Arrays on Glass Substrates Using Anodic Aluminum Oxide Template)
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摘要(中) 利用具有奈米孔徑的模板來製備低維度奈米材料是一個成本低而具有潛力的方法,且不需要利用昂貴地微影製程設備,即可成功地製備奈米陣列於基板上。而模板法中又以陽極氧化鋁 (anodic aluminum oxide;AAO) 模板,為較引人注目的材料,因為陽極氧化鋁模板為奈米孔洞材料,孔洞規則性佳以及孔洞密度高等優點,並可藉由改變製程參數改變孔洞大小和孔洞間距。
在此研究中,是利用電子束蒸鍍機台(electron-beam evaporator),透過陽極氧化鋁模板,成功地製備出具有週期性排列的銀奈米結構於玻璃基板上,而此陽極氧化鋁模板,則是經由將高純度鋁片置於 0.3 M 的草酸電解液中,將反應溫度控制在 0-3 oC 範圍內,並施加固定外加電壓為 40 V的陽極處理環境下,經過兩次陽極處理 (two-step anodization) 後,則可獲得蒸鍍用的模板,另外並可藉由調整二次陽極處理的時間來調控陽極氧化鋁模板的長寬比 (aspect ratio),以及控制擴大孔洞 (pore-widening) 的時間,改變其孔洞直徑和孔洞與孔洞之間距。
由於在蒸鍍金屬時,具有孔洞遮蔽效應的因素影響,因此可藉由改變沉積時,銀的蒸鍍厚度,製備出不同形貌的銀奈米結構,如:奈米圓盤狀、奈米半橢圓狀、和奈米圓錐狀等。並利用可見光紫外光光譜儀,觀察其沉積於玻璃基板上之銀奈米結構的長寬比對於表面電漿共振的特性的影響,當銀的奈米結構長寬比從 0.25 增加至 1 時,產生了藍位移的現象,而其表面電漿共振特徵峰則從波長 454 nm 位移至 434 nm。
摘要(英) Nanosize templates are a low-cost and promising approach for deposition of low-dimensional nanomaterials or transfer of nanopatterns onto a substrate without using costly lithography equipments. Among the nanosize templates, anodic aluminum oxide (AAO) membrane is one of the most attractive nanopore materials due to its highly ordered structure, high pore density and tunable pore size. In this study, periodic silver (Ag) nanostructures on glass substrates were fabricated by depositing Ag through AAO templates using an electron-beam evaporator. The AAO membranes were prepared by the two-step anodization electrochemical procedure of aluminum sheet in 0.3 M oxalic acid solution under a constant applied voltage of 40 V, and their aspect ratio and pore size could be well-controlled by adjusting the second anodization time and pore-widening time. Due to the closure effect during the deposition process, various shapes of Ag nanostructures (such as, nano-disks, nano-hemispheres and nano-cones) could be obtained by changing the amount of Ag deposited through the AAO templates. The effect of the aspect ratios on surface plasmon resonance (SPR) properties of Ag nanostructure arrays on the glass substrates were investigated using a UV-visible spectrophotometer. As the aspect ratio increases from 0.25 to 1, the absorption peak position (λSPR) undergoes a blue shift from 454 nm to 434 nm.
關鍵字(中) ★ 銀奈米結構陣列
★ 表面電漿共振
★ 陽極氧化鋁模板
關鍵字(英) ★ Surface plasmon resonance
★ Silver nanostructure arrays
★ Anodic aluminum oxide
論文目次 摘要 .................................................... i
Abstract ............................................... ii
致謝 .................................................. iii
目錄 .................................................... v
圖目錄 ............................................... viii
表目錄 ................................................. xi
第一章 緒論 ............................................. 1
第二章 文獻回顧 ......................................... 3
2.1 奈米材料之簡介 ...................................... 3
2.2 陽極氧化鋁 .......................................... 4
2.3 多孔性陽極氧化鋁成長機制 ............................ 5
2.3.1 孔洞的生成 ........................................ 5
2.3.2 穩定成長 .......................................... 6
2.4 製備多孔性陽極氧化鋁成長之參數 ...................... 7
2.4.1 電壓對於多孔性氧化鋁之影響......................... 7
2.4.2 電解液及其濃度對於多孔性氧化鋁之影響 .............. 8
2.4.3 溫度對於多孔性氧化鋁之影響 ........................ 9
2.5 高規則排列多孔性氧化鋁製備方法 ..................... 10
2.5.1 預製圖案法 ....................................... 10
2.5.2 二次陽極處理法 ................................... 12
2.6 多孔性陽極氧化鋁應用於製備奈米材料.................. 13
2.7 貴金屬奈米結構的表面電漿共振特性 ................... 16
2.8 貴金屬奈米結構的表面電漿共振特性之應用 ............. 18
第三章 實驗方法與步驟 .................................. 19
3.1 實驗流程............................................ 19
3.2 實驗設備............................................ 21
3.3 實驗材料............................................ 21
3.4 實驗步驟............................................ 22
3.4.1 實驗器材之準備 ................................... 22
3.4.2 樣品基材 ......................................... 23
3.4.3 電解拋光 ......................................... 23
3.4.4 陽極處理 ......................................... 24
3.4.5 移除氧化鋁 ....................................... 25
3.4.6 塗佈指甲油做為保護層 ............................. 25
3.4.7 移除金屬鋁、背部障壁層及孔洞擴大.................. 26
3.4.8 物理氣相沉積銀奈米結構 ........................... 26
3.5 儀器分析方法 ....................................... 27
3.5.1 場發射掃描式電子顯微鏡 (FE-SEM) .................. 27
3.5.2 紫外光/可見光/近紅外分光光譜儀 (UV-Visible-NIR)... 27
3.5.3 X 光繞射分析儀 (X-ray diffraction) ............... 27
第四章 結果與討論 ...................................... 28
4.1 電解拋光............................................ 28
4.2 陽極處理............................................ 30
4.2.1 第一次陽極處理 ................................... 30
4.2.2 移除第一次陽極處理之氧化鋁(鋁金屬碗狀結構)....... 30
4.2.3 二次陽極處理...................................... 34
4.2.4 擴大孔洞之時間 ................................... 34
4.3 不同厚度之陽極氧化鋁模板 ........................... 41
4.3.1 藉由控制二次陽極處理時間製備不同厚度模板.......... 41
4.3.2 將不同厚度陽極氧化鋁模板轉移至基板................ 41
4.4 沉積銀奈米結構及其光學性質分析...................... 50
4.4.1 銀奈米圓錐狀結構 ................................. 50
4.4.2 銀奈米圓盤狀結構 ................................. 50
第五章 總結 ............................................ 58
參考文獻 ............................................... 59
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指導教授 陳一塵(I-Chen Chen) 審核日期 2011-7-15
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