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    Studies on the Fabrication and Field Emission Performance of the Doped Carbon Nanotubes

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    奈米碳管具有優越的場電子發射性能,因此關於奈米碳管在場發射性能研究一直是奈米碳管應用研究的熱門焦點 [1-8]。但因為奈米碳管的金屬性和半導體性,和其螺旋性、形態、層數、直徑及管壁缺陷有關 [9, 10],從應用的角度來看,上述因素在奈米碳管的製備過程中很難精確地控制,這也導致奈米碳管在應用上的不確定性。藉由硼或氮元素的摻雜是有效控制奈米碳管電學性能的方法[11, 12],元素摻雜奈米碳管(如:CNx、CBx 及BxCyNz 奈米碳管)的電學性質主要取決於組成成分,而摻雜硼或氮的奈米碳管普遍具有金屬性 [13,14],使得其隧道導電率及電子傳輸性能比多壁奈米碳管較為優越 [15, 16],因此在場發射元件的應用上具有其應用的潛力。硼、氮摻雜奈米碳管的製備,一般以化學氣相沈積法為主 [15, 17-21],在900 ~ 1000℃以上的高溫下,以氨氣、氮氣為氮源 [17-19],氧化硼或硼為硼源 [21],但因為氨氣具有腐蝕性,而氮氣則因為化學性質穩定,N≡N 參鍵很難斷開,導致反應溫度通常很高;另外,硼和氧化硼的熔點也很高,汽化不易,因此反應性較差。本研究以低沸點或低熔點的含氮或硼的有機溶劑及化合物作為硼源或氮源(如:硼酸三甲酯、二甲基胺硼烷或乙二胺等),利用Ni/Mo/Mg 固溶體及MgNi 合金為觸媒,目的在降低反應溫度,使其在650 ~ 800℃的溫度下成長元素摻雜奈米碳管,同時以XRD、FTIR、HRTEM、EELS 及XPS 進行成分定性及定量分析,確認其結構及組成成分,藉由場發射性能的測試,探討元素摻雜奈米碳管的摻雜元素種類及組成成分對場發射性能的影響,希望利用摻雜元素的組成控制,達到場發性能可控的目標

    新穎碳氮奈米管透明導電膜應用於三極式場發射平面光源之研究

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    奈米碳管具有優越的場電子發射性能,關於奈米碳管在場發射性能研究一直是奈米碳管應用研究的熱門焦點之一。藉由氮元素的摻雜是有效控制奈米碳管電學性能的方法。而摻雜奈米碳管普遍具有類似金屬的性質,使得其隧道導電率及電子傳輸性能比多壁奈米碳管較為優越,因此在場發射元件的應用上具有其應用的潛力。本研究計劃是以奈米Fe-Ce觸媒粉末以化學氣相沉積法來成長所需要的碳氮奈米管。進而將成長後所得之碳氮奈米管進行不同官能基化的表面改質,加入過氧化氫以及硝酸,與碳管進行氧化反應,利用強氧化劑使其氧化成羧基(-COOH)親水性較高官能基的之碳氮奈米管。並以XRD、FTIR、TEM、TGA及拉曼光譜進行對碳氮奈米管其微結構及組成分析。將改質後之碳管均勻分散於由Sol-gel方法製備之AZO凝膠中混合成碳氮奈米管墨水。並利用線棒塗佈技術,將此碳管墨水塗佈於玻璃基板上,製備出可應用於場發射陰極的碳氮奈米管透明導電膜。並利用含有背閘極的場發射三極元件來降低操作電壓。碳氮奈米管透明導電膜及場發射元件將使用UV/VIS、FE-SEM、AFM and XPS等儀器分析其構造與表面形態,以場發射量測探討分析碳氮奈米管透明導電膜的場發射之特性。Carbon nanotubes (CNTs) have been recently interested and focused in the area of fieldemission applications due to their excellent electronic and structural properties. Controllingthe electronic properties of CNTs via the doping N atoms related to carbon network is apossible way or direction to enhance its electric properties for better applications in fieldemission. Comparing with the multi-walled carbon nanotubes, the carbon nitride nanotubes(CNxNTs) are predicted with high potential for applications in field emission devices due tothat the doped CNTs generally reveal well-defined metallic behaviors and possess the highertunneling conductance, better electron transmission and lower resistance.This study will use the nano Fe-Ce catalyst to synthesize CNxNTs by Chemical VaporDeposition method. Then, the strong oxidants, such as HNO3 and H2O2, have been applied tooxidize the CNxNTs to form carboxylic acid group with higher hydrophilic property on thesurface. XRD, FTIR, TEM, TGA and Raman microscopy techniques have been employed todetermine the microstructure and elemental composition of the modified CNxNTs. To usethe modified CNxNTs as conductive filler and blend with AZO gel prepared by sol-gelmethod to obtain the CNxNTs ink. By using ware-bar coating method, the CNxNTs ink isprinted on glass substrate to prepare the CNxNTs transparent conductive film for fieldemission cathode. Utilizing triode-typed CNT field emission device which has under-gateelectrode to reduce the operation voltage. The analysis of the surface morphology andstructural properties of the CNxNTs transparent conductive film and triode-typed fieldemission device can be investigated by UV/VIS, FE-SEM, AFM and XPS. The fieldemission capability characteristics of the CNxNTs transparent conductive film will be alsomeasured by field emission apparatus

    新型金屬合金觸媒電極之製備於直接甲醇燃料電池之應用

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    直接甲醇燃料電池效率,與鉑分佈在高比表面積載體表面之關係很密切,故提升金屬與燃料之接觸面,為提升觸媒使用率最佳方法之一。載體對觸媒的性能影響極大,主要功能是將具有催化功能的活性金屬有效的分佈在其表面上,導致較小顆粒之活性中心及更佳之催化活性,同時亦可以緩和反應的擴散限制。突破現有困境的方法之一為開發兼具高表面積、洞徑分佈均勻及導電性更高之新碳材。以奈米碳管取代碳黑作為觸媒載體,藉著奈米碳管之高表面積及奈米尺寸之管徑,可以大幅降低鉑活性中心的粒徑大小及提升分佈,藉此可大幅提升觸媒的催化效率。本計畫之研究方法是以化學方式(如還原法、共沉澱法)將奈米級的合金及奈米級之金屬,擔持在實驗室純化過後之奈米碳管上,分別製備直接甲醇燃料電池之陽極和陰極,並藉由不同之金屬合金製備陰極(Pt-Cu、Ni、Co)與陽極(Pt-Mo、W、Sn)試著取代傳統之貴金屬觸媒電極,降低燃料電池之成本,並借由提高奈米碳管上之金屬含量和分散性,以增加其催化反應特性。並將我們製備之陰、陽極製作為膜電極組,組成單電池,並對直接甲醇燃料電池之性能進行測試
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