微奈米加工技術期末報告 無機奈米材料選擇性成長在 氧化石墨烯架構上 S ELECTIVE GROWTH OF INORGANIC NANOMATERIALS ON AN OXIDIZED GRAPHENE SCAFFOLD 成員：王韋盛、葉文松、胡淳翔 指導老師：莊承鑫 教授.

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1 微奈米加工技術期末報告 無機奈米材料選擇性成長在 氧化石墨烯架構上 S ELECTIVE GROWTH OF INORGANIC NANOMATERIALS ON AN OXIDIZED GRAPHENE SCAFFOLD 成員：王韋盛、葉文松、胡淳翔 指導老師：莊承鑫 教授

2 一. 摘要 二. 製作方法 (1) 石墨烯的製作 (2) 轉移到基板 (3) 石墨烯 / 氧化石墨烯模板製作 (4) 低溫溶液沉積法 三. 氧化鋅奈米棒測試 (1) 整流性 (2) 機械性能 (3) 場發射性 目錄

3 四. 總結 五. 參考資料

4 摘要 低溫溶液法利用 G/GO 模 板濕潤比來選擇性沉積 ZnO 奈米棒跟金奈米粒 子。 具有 ZnO 奈米棒的 G/GO 模板透過測試證明有像 二極體般和場發射特性， 利用其特性可製造大量 撓性電子或光學的奈米 裝置

5 製作方法 (1) 石墨烯的製作 銅箔插入石英管中，在 裝入在一個大直徑的石 英管中附著加熱器的 CVD 儀器。 H2 （約 8 SCCM ）引入 管中, 溫度升高到 1000 ℃並且溫度保持 25 分鐘將銅箔退火。 CH4 ( 甲烷 ) （約 2 0 SCCM ）引入腔體在 30 分鐘，然後將腔體冷卻 到室下。 CVD 儀器

6 製作方法 (2) 轉移到基板 石墨烯一邊塗佈 PMMA ， 另一邊石墨烯用 RIE 蝕刻 （ O2/20SCCM/100W/5 秒）。 放置在 0.1M 硫酸銨溶液， 將 Cu 箔蝕刻掉 → 所得到的 薄膜是透明的。 使用去離子水除去薄膜殘 餘的蝕刻液 基板上薄膜將烘乾 5 小時， 使薄膜黏附靶材基板。 浸泡丙酮 → 除去 PMMA 層 RIE 反應離子蝕刻原理

7 製作方法 (3) 石墨烯 / 氧化石墨烯模板製作 石墨烯層塗佈光阻，利用光學微影法在光阻上做圖 形 利用氧電漿處理 ( 補 ) 來曝光沒有光阻的石墨烯，將石 墨烯完整轉化為氧化石墨烯 丙酮將光阻溶解 → 石墨烯區域：疏水性 氧化石墨烯區域：親水性

8 製作方法 ( 補 ) 氧電漿處理： 指的是電漿表面改質 ( Plasma surface modification ) 原理：以電漿活化處理後表面形成的自由基或是特性 官能基，針對表面特性進行有選擇性的強化。 ex ： 氧氣電漿處理能提升材料表面親水性， HMD 、 CF4 電漿處理提升疏水性質。

9 製作方法 ( 補 ) 氧電漿處理 石墨烯完整轉化為氧化石墨烯取決於三個參數： 功率 ( 主要 ) 氣體通量 處理時間

10 製作方法 ( 補 ) 氧電漿處理 每個氧電漿功率下測定的接觸角。插圖顯示在實際時間獲得的液滴相對圖像。

11 製作方法 (4) 低溫溶液沉積法 將模板面朝下泡在 L- 精氨酸水溶液（ 20mL ）加熱到 60 度時間 2 小時，清洗基板 ( 去離子水 ) 。 原因： 在 GO 表面形成氫氧根 (OH-)→ 提升 GO 的親水性 無機材料氧化鋅和金分別選擇性沉積在石墨烯或 GO 氧化石墨烯表面

12 製作方法 (4) 低溫溶液沉積法 將模板面朝下放置在包含 L- 精氨酸的氯金酸 (HAuCl4) (2 mL) 水溶液中 原理：  L- 精氨酸中的胺基酸充當還原劑氯金酸 → 金奈米粒子。  金奈米粒子具有正的表面電荷可以附著在胺基酸的 帶負電荷的羧酸基團，選擇性沉積在 GO 表面上。 沉積之後，模板用水沖洗並吹乾。

13 製作方法 (4) 低溫溶液沉積法 在 250 毫升去離子水中在含有相等莫耳的硝酸鋅 (Zn(NO3)2) 和六亞甲基四胺（ HMT ）的溶液，將 300 度溶液劇烈攪拌 3 分鐘 基材垂直浸入溶液中後加蓋，並在 95 ℃下加熱 6 小時， 將溶液冷卻 原理：  氧化鋅是疏水性，因此，優先沉積在疏水性石墨烯 的表面上。 且使用超音波處理用水清洗基材以除去利用物理附 著基材氧化鋅晶粒。

14 製作方法 (4) 低溫溶液沉積法 ( 續 ) （ b ）、（ c ）分別顯示金奈米顆粒和氧化鋅奈米棒沉積的 SEM 圖像。 （ d ）金奈米粒子附著到 GO 區域；氧化鋅奈米棒生長在石墨烯區域的過程。

15 氧化鋅奈米棒測試 (1) 整流性  結構 鋁金屬電極 ( 用陰影遮罩沉積 ) ZnO 奈米棒 ( 低溫溶液法沉積在圓點上 ) 第三層石墨烯 → 製作 G / GO 模板 → 光學微影技術 + 電漿處理 ( 表面改質 ) 圓點：石磨烯 周圍：氧化石墨烯 雙層石墨烯 (CVD) PET 基板 ( 撓性 )

16 氧化鋅奈米棒測試 (1) 整流性  接電極 鋁金屬：陰極 雙層石墨烯：陽極  施加電壓  對照組 SiO2 基板 ( 剛性 )

17 氧化鋅奈米棒測試 (1) 整流性  實驗結果 1. I-V 曲線為非線性 → 類似二極體 2. PET 的 I-V 特性比 SiO 差  原理 1. 鋁金屬跟 ZnO 奈米棒接 觸時， ZnO 奈米棒與石墨 烯圓點間會有屏障存在 2. PET 表面較粗糙，所以 石墨烯層較無排序成長

18 氧化鋅奈米棒測試 (2) 機械性能  方法 接電極 ( 鋁金屬：陰極 雙 層石墨烯：陽極 ) 並施加電 壓，測量彎曲基板 ( 向內、 向外彎曲、回復 ) 的 I-V 特 性。  實驗結果 ( 圖 )

19 氧化鋅奈米棒測試 (3) 場發射性  結構 螢光材料沉積在銦錫氧化物塗層玻璃板當作陽極 間距： 820 微米 ZnO 奈米棒 ( 大圓點上 ) 第三層石墨烯 → 製作 G / GO 模板 → 光學微影技術，大圓點：石磨烯 雙層石墨烯 (CVD) 基板

20 氧化鋅奈米棒測試 (3) 場發射性  接電極 雙層石墨烯：陰極 玻璃板 ：陽極  施加電壓產生電場  實驗結果 施加 3 V/μm 電場使電流 密度 J 開始大幅提高了； 電場值為 3.5 V/μm 時電 流密度達到 10μA/cm2 。

21 氧化鋅奈米棒測試 (3) 場發射性  原理 外部施加電壓，陽極和 ZnO NRs 之間產生電場會 造成能帶彎曲，載流電子 不需要很大的能量便可穿 透能隙 ( 量子力學隧道效應 ) 而到達導帶。 當電場越大，電子所需穿 透的能隙相對變小，所得 到的電流則會增強。

22 總結 用 CVD 跟氧電漿處理製作 G / GO 模板 ( 疏水 / 親水性 ) 低溫溶液法利用 G/GO 模板 濕潤比沉積無機奈米材料 （ ZnO 、 Au ） 在 G / GO 模板上的氧化鋅奈 米棒顯示類二極體整流或場 發射特性可用於光檢測器， 奈米發電機，以及發光裝置。 氧化鋅奈米棒在彎曲和恢復 測試，證明有優良的機械性 能，有助於撓性電子的應用

23 六. 參考資料 http://ap.nuk.edu.tw/files/16-1000-358.php http://ejournal.stpi.narl.org.tw/NSC_INDEX/Journal/EJ000 1/9310/9310-11.pdf http://ethesys.library.ttu.edu.tw/ETD-db/ETD-search- c/view_etd?URN=etd-0727107-112105

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