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具多層次介面之週期組裝異質奈米複合結構：薄膜製備及其熱電特性探討
(2015)
陳軍華
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CHEN CHUN-HUA
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國立交通大學材料科學與工程學系（所）
探針式熱電功率因子量測系統之研發
(2010)
陳軍華
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CHEN CHUN-HUA
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國立交通大學材料科學與工程學系（所）
近年來由於綠色能源工業的快速成長，熱電材料因而再度受到學界及業界的重視。拜奈米科技的進步及熱電相關新理論的發展，越來越多的高優值係數熱電材料相繼被發現。鑑於日益增加之熱電材料性質量測需求，本研究計畫提出一種整合型高效率熱電功率因子量測系統；此系統主要結合「變溫四點探針量測系統」以及「紅外線熱影像儀」。此系統除了能夠符合材料多樣性之需求，可在不同溫度之下量測各式尺寸及材料種類（塊材到薄膜）之熱電功率因子。其可即時移動之探針亦能精確提供不同區塊位置之平均熱電功率因子。
新穎BiTe(Sb,Se)基熱電薄膜---三維可調控高方向性奈米結構、金屬奈米粒子介面修飾與高效能薄膜型熱電轉換元件
(2010)
陳軍華
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CHEN CHUN-HUA
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國立交通大學材料科學與工程學系（所）
熱電材料具有尺寸小、結構簡單、可靠度高之特點，且可以作為發電或致冷器之用途，但由於傳統塊材之熱電轉換效率過低，因而使其應用受到極大之限制。近年來由於奈米科技的發展，透過各種奈米結構之合成或介面改質技術，使得熱電材料轉換效率在近年來大幅提升，部分熱電材料系統已達商業應用之要求。根據相關理論計算及重要實驗成果可知，熱電材料之ZT 值與內部結構之「尺度」、「維度」以及「方向性」高度相關。因此，本研究主要是利用三個維度結構參數之控制，合成新穎熱電薄膜，來達到提昇熱電材料ZT 值之目的。其內容包括三大主題：三維可調控高方向性BiTe (Sb, Se) 基奈米結構熱電薄膜、金屬奈米粒子介面修飾與高效能薄膜型熱電轉換元件。本研究主要利用Nd：YAG 脈衝雷射沉積技術(Nd:YAG pulsed laser deposition, Nd:YAG PLD)，製備包括零維、一維、二維、三維之全新Bi-Te(Sb, Se)基奈米結構熱電薄膜。此外，本研究擬利用斜向沉積(glancing angle deposition; GLAD)技術技術，更進一步製備各種維度之高方向性BiTe (Sb, Se)基熱電薄膜。藉由調控鍍源與基板之角度，可獲各類不同傾斜角度、間距及多孔性之奈米結構。藉由此熱電結構薄膜之奈米尺度化、低維度化、高方向性化，探討各種結構組合對熱電性質之影響，並與理論計算相互印証。另外，本研究更將利用金屬奈米粒子介面改質技術，在Bi-Te(Sb, Se)基奈米結構熱電薄膜中散佈鐵、鈷、鎳金屬奈米粒子，藉以提高奈米熱電薄膜之導電性質。最後，更將合成所得之各維度高方向性n 型及p 型熱電薄膜，應用於高效能薄膜型熱電轉換元件之製作。
新穎側向週期組裝異質複合奈米結構熱電薄膜及其微元件製備
(2014)
陳軍華
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CHEN CHUN-HUA
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國立交通大學材料科學與工程學系（所）
新穎斜向沉積高方向性排列Bi-Te(Sb,Se)基奈米結構及其高效能薄膜型熱電元件之開發
(2011)
陳軍華
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CHEN CHUN-HUA
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國立交通大學材料科學與工程學系（所）
熱電材料具有尺寸小、結構簡單、可靠度高之特點，且可以作為發電或致冷器之用途，但由於傳統塊材之熱電轉換效率過低，因而使其應用受到極大之限制。近年來由於奈米科技的發展，透過奈米結構之合成，使得熱電材料轉換效率得以大幅提升，部分熱電材料系統已達商業應用之要求。根據相關理論計算及重要實驗成果可知，熱電材料之 ZT 值與內部結構之「尺度」、「維度」、「排列方向」及「結晶優選方位」高度相關。因此，本研究主要是藉由各種新穎及改良的製程技術，來有效控制此些結構參數，合成新穎熱電薄膜，來達到提昇熱電材料ZT 值之目的。其內容包括兩大主題：利用斜向沉積技術成長高方向性排列之BiTe (Sb, Se)基奈米結構熱電薄膜，以及高效能薄膜型熱電轉換元件之開發。本實驗室已成功利用脈衝雷射沉積技術(Nd:YAG pulsed laser deposition, Nd:YAG PLD)製備一系列垂直排列之Bi-Te 基熱電薄膜，其奈米結構可分為零維奈米晶粒、一維奈米柱、二維奈米薄片及三維奈米峽谷。另外，再藉由Sb 摻雜可製備出超高導電率之Bi-Sb-Te 基熱電薄膜，而Bi-Te-Se 基熱電薄膜已進入製備階段。為了更進一步控制 BiTe (Sb, Se)基熱電薄膜之維度、排列方向性、及結晶優選方位，來達到強化其熱電相關性質之目的，本研究計畫擬於PLD 系統中導入斜向沉積(glancing angle deposition; GLAD)技術。藉由調控鍍源與基板之沈積角度，期待獲得各類不同尺度、維度、間距、孔隙率、排列方向及結晶優選方位之奈米結構化熱電薄膜材料。最後，更將合成所得高排列方向性之n 型及p 型熱電薄膜，應用於高效能薄膜型熱電轉換元件之製作。
新穎無模板中空Au,Ag,Cu及其合金奈米粒子---合成、塊式高分子自組裝及可調控光學特性之研究
(2009)
陳軍華
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CHEN CHUN-HUA
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國立交通大學材料科學與工程學系(所)
中空(hollow)奈米粒子由於具有高表面積、低材料用量、多樣化之外觀形貌、以及特殊之物理化學性質，使其成為未來極具發展潛力之重要奈米結構。舉例而言，藉由調控中空Au 粒子殼層(shell) 之厚度，可以使其表面電漿共振(SPR)波長紅位移數百奈米，大幅提昇其在感測器上之應用[1,2]。另外一個有趣的例子是中空Pd 奈米粒子能夠承受之觸媒反應(Suzuki Coupling 反應)次數，遠遠高於實心 Pd 奈米粒子[3,4]。然而，由於中空製程參數掌握不易，加上中空結構大幅增加分析上之複雜度，使得中空奈米粒子之研究至今仍相當缺乏。因此，關於中空奈米粒子之結構設計、製備、乃至於特性分析之研究，均充滿了學術、技術、與應用之挑戰與重要性。本研究計畫擬利用「伽凡尼取代反應(Galvanic Replacement Reaction)」來製備形貌特殊之新穎中空Au，Ag，Cu 及其合金(Au-Ag，Au-Cu)奈米粒子。並藉由Block copolymer (PS-P2VP)之自組裝特性，在玻璃基板上製備二維或三維中空/實心奈米粒子週期性陣列結構。在中空粒子結構之解新方面，利用非臨場(ex-situ)分析，例如X 光繞射分析(XRD)、高解析電子顯微鏡(HREM)、X 光光電子能譜(XPS) 之外，加上臨場之溫度控制UV-vis 吸收光譜特性分析，可以了解中空奈米粒子之形貌、結構、合金成分、氧化狀態、以及自組裝週期性陣列結構等因子對表面電漿共振(SPR)之影響。
銅金合金及核殼奈米粒子之合成、氧化特性及其奈米導線之研究
(2008)
陳軍華
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CHEN CHUN-HUA
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國立交通大學材料科學與工程學系(所)
奈米級 Cu:Au 二元金屬系統氧化行為之研究，無論對奈米氧化理論之修正或是奈米科技之應用均是極為重要的一環。然至目前為止，不同成份比例(atomic ratio)之Cu-Au 合金(alloy)奈米粒子抑或是Cu/Au 核殼(core-shell)奈米粒子至今仍尚未被系統化的製備以及研究。本研究計畫第一年擬利用液相化學還原製程，研製一系列不同Au 含量之Cu-Au 合金奈米粒子及不同Au 殼層厚度之Cu/Au 核殼奈米粒子。合成所得之奈米粒子，主要利用X 光繞射(XRD)、高分解能電子顯微鏡(HREM)、電子能譜儀(XPS)及相關理論計算，評估奈米粒子合成初始之結構，包括(1) Cu-Au 合金固溶狀態以及(2) Cu/Au 核殼之包覆狀態。並藉由定性及定量分析Cu 氧化物是否存在亦或形成量，來探討結構因素(合金及核殼)及成份因素(Au 含量)對Cu 奈米氧化特性之影響。研究計畫第二年主要將所製備且已經過結構鑑定確認之 Cu-Au 合金奈米粒子及 Cu/Au 核殼奈米粒子溶液，以旋轉塗佈法(spin coating)將粒子塗佈至以電子束微影蝕刻法所製備之奈米直線溝槽中(SiO2 基板)，再於不同氣氛之下，進行中低溫燒結(<300oC)。燒結完成之試片將再以XPS 確認其氧化態，燒結後粒子結構則由XRD 及SEM 進行確認，最後並利用四點探針法來進行導電度之測試。本階段將探討燒結過程中，奈米粒子結構變化與Cu 價態變化之外，並進一步探究燒結結構與導電度之關係。
銅金合金奈米粒子之抗氧化性質及其在導電應用之研究
(2007)
陳軍華
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CHEN CHUN-HUA
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國立交通大學材料科學與工程學系(所)
Cu-Au合金奈米粒子之氧化研究對於理論之模擬、亦或是應用之發展均有其重要性。至今雖然Cu-Au塊材與薄膜之氧化研究已有相當一段時間，但奈米尺度下氧化研究之文獻則非常不足。有鑑於此，本研究將針對Cu-Au合金奈米粒子之氧化行為進行一系列定性與定量之分析研究。利用氣相冷凝法可生成表面潔淨之CuxAu1-x (x =0~0.5)合金奈米粒子，有利於表面在無其它物質干擾下進行氧化反應。本研究第一階段利用生成之合金奈米粒子，探究其在不同基板溫度及不同氧分壓下之氧化行為。由於Cu-Au奈米粒子氧化過程僅有Cu產生氧化反應(選擇性氧化)，其間產生之各種銅氧化物及伴隨著Au濃度之變化，造成氧化後粒子結構上之複雜性。本階段研究將主要利用X光繞射(XRD)、高分解能電子顯微鏡(HREM)、電子能譜儀(XPS)配合相關模擬計算，可定性及定量分析Cu-Au合金奈米粒子氧化結構及Au濃度變化。第二階段將探討奈米粒子燒結過程及並進一步探究導電度與燒結結構之關係。此階段除了利用第一階段氧化結構之解析能力之外，更將進一步瞭解Cu-Au合金粒狀膜之導電度與燒結結構及氧化程度之關係。
雙雷射共沈積系統之開發:碲化鉍/奈米碳管熱電異質複合材料之製備
(2011)
陳軍華
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CHEN CHUN-HUA
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國立交通大學材料科學與工程學系（所）
近年來由於綠色能源工業的快速成長，加上現代奈米科技的進步，越來越多高熱電優值係數(ZT)之奈米熱電材料被相繼發現，使得學界及業界再度凝聚研發能量於新穎熱電材料之上。從目前各種重要理論及實驗研究結果可以發現，「異質奈米熱電材料之複合化」是一個大幅提昇熱電優值係數之有效策略。而熱電複合材料之材料種類、複合結構設計、以及製備方法，將直接影響其熱電相關特性。為了製備高熱電優值係數之熱電異質複合材料，本研究計畫係基於本研究室現有之技術經驗，設計開發一個新穎之「雙雷射共沈積」製程設備，此特殊設計可以在單一製程步驟中，製備出各式高品質異質熱電複合材料。其優勢在於此製程方式屬於單一步驟高真空物理薄膜沈積，除了可以避免多步驟製程中進出真空系統所造成之氧化及受潮，並可避免使用化學製程中常見之介面活性劑，故能有效降低晶界及異質介面之阻抗，提昇熱電特性。此外，此雙雷射系統由於可以分別調控雷射源之波長及能量，故可以針對欲複合之材料，調控最佳之沈積參數，進而精確控制複合材料之各種結構參數。在異質熱電複合材料的選擇方面，本研究基於過去之基礎，鎖定常溫型之碲化鉍 (Bi2Te3)作為熱電複合材料之主體，並選擇奈米碳管(CNT)作為異質複合之材料，主要係因奈米碳管具有極佳之熱電潛力，可以與所有類型之熱電材料作有效搭配，再加上其易於調控成長為各式具高方向性之CNT 陣列，將有助於製備各式複合結構，探討最佳化之異質複合設計。
高導電性雙晶修飾Bi-(Sb/Se)-Te奈米結構薄膜及其於高效能熱電元件之應用
(2012)
陳軍華
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CHEN CHUN-HUA
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國立交通大學材料科學與工程學系（所）
熱電材料具有尺寸小、結構簡單、可靠度高之特點，且可以作為發電或致冷器之用，但由於傳統塊材之熱電轉換效率過低，因而使其應用受到極大之限制。近年來由於奈米科技的發展，透過奈米結構合成技術，使得熱電材料轉換效率得以大幅提升，部分熱電材料系統已達商業應用之要求。然而，隨著奈米結構尺度的縮減，激增之晶界或介面嚴重影響奈米熱電材料之導電度，進而造成整體熱電效能大幅下降。如果無法根本解決高介面電阻之問題，則奈米結構熱電材料之ZT 值將難以有所突破。為此，本研究計畫從結構改良的觀點提出一可行之「雙晶改質奈米結構」概念，亦即利用具較低電阻之雙晶結構介面，來取代一般高缺陷晶界或介面，以期在不顯著影響熱傳導的前提下，大幅提昇雙晶奈米結構之導電性。本研究計畫是在既有之脈衝雷射沉積技術下，利用製程參數之設計與調控，找出並強化具雙晶結構之各式奈米結構熱電薄膜，來達到提昇熱電材料ZT 值之目的。內容包括兩大研究主題：利用斜向沉積技術成長具雙晶結構之高方向性Bi-(Sb/Se)-Te 基奈米結構熱電薄膜，以及高效能薄膜型熱電轉換元件之開發。本實驗室現階段已成功製備一系列皆可調控「尺度」、「維度」、「排列方向」及「結晶優選方位」之Bi-(Sb/Se)-Te 基奈米結構熱電薄膜。為了更進一步控制Bi-(Sb/Se)-Te 基奈米熱電薄膜之結晶優選方位，以期形成「類磊晶結構」，來達到有效形成雙晶結構與強化熱電性質之目的，本研究計畫擬於PLD 系統中搭配斜向沉積(glancing angle deposition; GLAD)技術。另外，針對具有雙晶結構之各式奈米結構熱電薄膜進行一系列之製程最佳化，以期能夠調控雙晶結構之形態，並探討雙晶結構之模型及其對奈米結構熱電薄膜導電率及熱傳導係數之影響。最後，更將合成所得具雙晶結構之N 型及P 型奈米結構熱電薄膜，應用於高效能薄膜型熱電轉換元件之製作。
高導電性雙晶修飾Bi-(Sb/Se)-Te奈米結構薄膜及其於高效能熱電元件之應用
(2013)
陳軍華
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CHEN CHUN-HUA
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國立交通大學材料科學與工程學系（所）
熱電材料具有尺寸小、結構簡單、可靠度高之特點，且可以作為發電或致冷器之用，但由於傳統塊材之熱電轉換效率過低，因而使其應用受到極大之限制。近年來由於奈米科技的發展，透過奈米結構合成技術，使得熱電材料轉換效率得以大幅提升，部分熱電材料系統已達商業應用之要求。然而，隨著奈米結構尺度的縮減，激增之晶界或介面嚴重影響奈米熱電材料之導電度，進而造成整體熱電效能大幅下降。如果無法根本解決高介面電阻之問題，則奈米結構熱電材料之ZT 值將難以有所突破。為此，本研究計畫從結構改良的觀點提出一可行之「雙晶改質奈米結構」概念，亦即利用具較低電阻之雙晶結構介面，來取代一般高缺陷晶界或介面，以期在不顯著影響熱傳導的前提下，大幅提昇雙晶奈米結構之導電性。本研究計畫是在既有之脈衝雷射沉積技術下，利用製程參數之設計與調控，找出並強化具雙晶結構之各式奈米結構熱電薄膜，來達到提昇熱電材料ZT 值之目的。內容包括兩大研究主題：利用斜向沉積技術成長具雙晶結構之高方向性Bi-(Sb/Se)-Te 基奈米結構熱電薄膜，以及高效能薄膜型熱電轉換元件之開發。本實驗室現階段已成功製備一系列皆可調控「尺度」、「維度」、「排列方向」及「結晶優選方位」之Bi-(Sb/Se)-Te 基奈米結構熱電薄膜。為了更進一步控制Bi-(Sb/Se)-Te 基奈米熱電薄膜之結晶優選方位，以期形成「類磊晶結構」，來達到有效形成雙晶結構與強化熱電性質之目的，本研究計畫擬於PLD 系統中搭配斜向沉積(glancing angle deposition; GLAD)技術。另外，針對具有雙晶結構之各式奈米結構熱電薄膜進行一系列之製程最佳化，以期能夠調控雙晶結構之形態，並探討雙晶結構之模型及其對奈米結構熱電薄膜導電率及熱傳導係數之影響。最後，更將合成所得具雙晶結構之N 型及P 型奈米結構熱電薄膜，應用於高效能薄膜型熱電轉換元件之製作。