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http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/48399
標題: | 非鐵磁性石墨包裹奈米晶粒合成方法之初步研究 Preliminary Study of Synthesis for Non-Ferromagnetic Graphite(Graphene) Encapsulated Metal Nanoparticles |
作者: | Jui-Cheng Lu 呂睿晟 |
指導教授: | 鄧茂華 |
關鍵字: | 非鐵磁性,石墨包裹奈米晶粒,實驗設計,鉬,銅, non-magnetic,graphite encapsulated metal nanoparticles,GEM,molybdenum,copper, |
出版年 : | 2011 |
學位: | 碩士 |
摘要: | 石墨包裹奈米晶粒(Graphite/Graphene Encapsulated Metal nanoparticles, GEM)是在二十世紀末期被發現的奈米材料,有著特殊的雙層複合結構,外殼為多層奈米石墨堆疊而成,能保護內核不受外在環境化學性或物理性的影響,並使核心金屬維持高溫的結晶構造(目前已證實鐵、鈷可以高溫相的形態被保留於石墨包裹奈米晶粒中);另外因石墨表面具有大量的懸吊鍵(dangling bond),可做為良好的化學接枝載體;而由於內核主要為金屬或其金屬碳化物,根據核心種類的不同,能使材料具有多元的性質,如磁性、電性等。
長期以來對於石墨包裹奈米晶粒的研究對象與製程設計多以鐵磁性金屬為主,因為鐵磁性金屬在奈米尺度下仍能保有磁性,加上其擁有相當良好的石墨催化能力,因此具有相當廣泛的應用方法與價值。但是,石墨包裹奈米晶粒的價值不僅僅限於磁性,例如晶格的排列方式、導熱散熱的能力、對特定波長電磁波的吸收能力等各項特點,皆使得非鐵磁性之石墨包裹奈米晶粒具有更多發展應用的空間。早期研究指出,非鐵磁性金屬中能形成石墨包裹奈米晶粒的元素或其碳化物相當多,但因合成與回收產物上的困難,間接使得相關研究鮮少。本研究目的即在於利用改良式電弧法配合多種實驗設計,製造出本研究室從未合成出的各式非鐵磁性石墨包裹奈米晶粒。 實驗方面先以現有的製程參數進行多種金屬的測試,說明非鐵磁性金屬的合成難度,並以目前能最完整描述石墨包裹奈米晶粒的生成機制─二步驟機制來解釋其原因。二步驟機制包括催化與相分離,因為非鐵磁性金屬的石墨催化能力不如鐵磁性金屬,這使得金屬難以藉由催化氣氛中的碳源形成石墨來填補未包裹好的晶粒,因此其生成方法以相分離為主。加上金屬在相同能量輸入下的蒸發量不同,同樣造成其石墨包裹效率的低落。為了提升非鐵磁性金屬的包裹率並達到合成出非鐵磁性的各式石墨包裹奈米晶粒之目的,本研究在不同熔點的金屬中分別選出代表高熔點金屬(鉬)與低熔點金屬(銅),設計不同的實驗。高熔點金屬的實驗設計以氧化鋁片包圍坩堝內側,提升坩堝的熱效率以增加蒸發量,低熔點金屬的實驗設計則以降低輸入能量,並控制電弧直擊於坩堝內放入的石墨塊,間接利用電弧能量來蒸發金屬,同時做為額外的碳源。而在純化方面,酸溶過程後,分散於酸液與甲醇中的非鐵磁性的石墨包裹奈米晶粒無法使用外加磁場的方式快速回收產物,因此本研究採用離心的方式,以5000 rpm的轉速,其等同於3386 rcf(relative centrifugal force, 相對離心力,1 rcf = 1 G),並持續3–5分鐘,可有效的將石墨包裹奈米晶粒集中於離心管底部,並使多餘碳質仍保持懸浮的狀態。 實驗結果初步顯示,新的實驗設計能使產物的石墨包裹率從過低以至於無法估計進步到4–6%,並可由儀器分析與高解析度穿透式電子顯微鏡之影像直接證實本研究可成功合成石墨包裹奈米銅與鉬(碳化鉬)晶粒。最後由上述實驗方法建立一套合成非鐵磁性金屬包裹奈米晶粒的實驗流程,做為未來相關研究的參考。 關鍵字:非鐵磁性、石墨包裹奈米晶粒、實驗設計、鉬、銅 |
URI: | http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/48399 |
全文授權: | 有償授權 |
顯示於系所單位: | 地質科學系 |
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