STM研究銥(111)上碘、一氧化碳和一氧化氮的吸附及銅(100)上鎳和鉛的沈積

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楊禮銘(Li-Ming Yang) 查詢紙本館藏

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化學學系

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STM研究銥(111)上碘、一氧化碳和一氧化氮的吸附及銅(100)上鎳和鉛的沈積

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摘要(中)

本論文的第一部份是以掃描式穿隧顯微鏡(Scanning Tunneling Microscopy, STM)和循環伏安法(Cyclic Voltammetry)來研究碘、一氧化碳和一氧化氮吸附於銥(111)電極上的結構。碘的吸附是將銥(111)電極浸泡於碘化鉀(KI)溶液中，碘陰離子在銥電極上自動氧化所形成，當KI的濃度低於0.1 mM時，碘形成單原子層的吸附，其結構為(√7 ×√7)R19.1°，而當KI的濃度大於1 mM時，則會形成雙層的碘吸附，以高解析的STM影像可以了解多層碘原子的空間排列方式，這些行為和鉑電極類似，但鉑(111)上高覆蓋度的(3 ×3)及低覆蓋度的(√3 ×√3)R30°結構則未在銥(111)上出現，這些具高度規則的原子排列證明以傳統的鍛燒及冷卻的方法可在實驗室中自行製備高品質的銥單結晶電極。
一氧化碳在銥(111)電極上的吸附形成一特別的島狀結構，最常見的島狀結構大約含有16個一氧化碳分子，近六角形的排列是由四列原子所組成，每原子列含3、4、5及4個一氧化碳分子，在局部區域內規則的島狀結構形成一(3√3 × 3√3)R30°的結構，和同族其他金屬相比，CO在銥(111)電極的吸附是特殊的，它僅吸附於一銥表面原子上而形成一線性鍵結，此種表面的鍵結形式並不會受電壓的影響。一個電子之差造成完全不同的一氧化氮分子層結構吸附，STM的分子解像圖顯示一整齊的排列，它的結構為(2 × 2)，此結果和鉑相同。此一氧化氮的吸附層在0.5 V時開始被還原成NH4+，而自表面脫附，僅需將電位掃描至0.05 V一次既可將表面單層的NO分子完全還原，這和銠的行為類似，因此銥的特性是介於我們較熟悉的鉑和銠。
第二部分我們以STM觀察銅(100)電極在HClO4、H2SO4 及HCl溶液中的界面結構，結果發現只有在鹽酸中有清楚的平台及台階的特色，這和氯在銅開始溶解之前形成的c(2 × 2)的結構有密切的關係，因為所有台階的方向均和氯原子密排的方向平行。由於鎳薄膜展現出一特殊的GMR(Giant Magnetoresistance effect)效應，它在現今硬碟科技的發展上扮演關鍵性的角色。我們也以STM進行銅(100)電極上鎳的電鍍研究，結果顯示鎳以三度空間的島狀結構成長而產生一粗糙的鎳薄膜，而鎳的電鍍可能造成了表面氯的脫附，使台階由原本銳利的外貌轉變成曲線的特色。因為成功的GMR應用取決於鎳層的平整度，而造成鎳以島狀形式成長的原因，可能和鎳原子間的強作用力及吸附原子在表面的運動性及層與層之間原子的傳輸有關，為加強鎳原子在吸附後的運動性，並進而增加鎳膜的平整度，因此決定先在銅(100)電極上鍍一層鉛，因為它是一界面活性劑，在超高真空的環境中，鉛已成功的將蒸鍍的鎳層長成一高平整度的薄膜。但對本實驗所進行的電鍍實驗，STM的結果顯示鉛的介入似乎阻礙了鎳的電鍍。

關鍵字(中)

★ 銥(111)
★ 銅(100)

關鍵字(英)

論文目次

中文摘要………………………………………..... Ⅰ
英文摘要………………………………………....... Ⅲ
目錄………………………………………............Ⅴ
圖目錄........................................Ⅶ
壹、緒論..................................... 1
1-1 掃描式穿隧顯微鏡..........................1
1-1-1 簡介....................................1
1-1-2 穿隧效應................................1
1-1-3 原理....................................2
1-1-4 儀器原理................................3
1-1-5 工作原理-定電流模式與定高模式...........3
1-2 歷史和背景................................4
1-2-1鹵素和一氧化碳的吸附.....................4
1-2-2銅電極的研究.............................8
貳、實驗部分.................................13
2-1 藥品部分..................................13
2-2 氣體部分..................................13
2-3 金屬部分..................................14
2-4 儀器部分..................................14
2-5 實驗步驟..................................15
參、銥(111)電極的結果與討論....................18
3-1碘在銥(111)單結晶電極上的吸附...............18
3-1-1銥(111)電極循環伏安圖.....................18
3-1-2 STM的影像：碘覆蓋在銥(111)單結晶電極的結構..21
3-2 一氧化碳分子吸附在銥(111)單結晶電極............27
3-2-1 銥(111)電極循環伏安圖.......................27
3-2-2 STM的影像：一氧化碳吸附在銥(111)單結晶電極
上的結構.....................................28
3-3 一氧化氮在銥(111)電極上的吸附..................31
3-3-1 銥(111)電極循環伏安圖........................31
3-3-2 掃描式穿隧電子顯微鏡下的NO圖像...............33
肆、結論..........................................35
伍、銅(100)電極的結果與討論.......................36
5-1 氯吸附在銅(100)電極上的影響...................36
5-1-1 銅(100)電極循環伏安圖.......................36
5-1-2 氯吸附在銅(100)電極下的STM圖像..............36
5-2 鍍鎳的過程....................................38
5-2-1 銅(100)電極循環伏安圖.......................38
5-2-2 鍍鎳在銅(100)電極的掃描穿隧顯微鏡圖像.......39
5-3 鍍鉛的過程....................................40
5-3-1 銅(100)電極循環伏安圖.......................40
5-3-2 鍍鉛在銅(100)電極的掃描穿隧顯微鏡圖像.......41
陸、結論..........................................44
柒、參考文獻......................................45

參考文獻

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指導教授

姚學麟(Shueh-Lin Yau)

審核日期

2000-7-5

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