微波輔助奈米碳管之純化與分析

Abstract

近年來奈米科技頗受重視，特別是對控制奈米尺度之材料、元件與系統等。奈米科 技之本質，是去研究新的分子組裝方式來製得較大的結構。這些人造的奈米結構，具 有新穎的物理、化學及生物之性質。奈米科技的目標是推動學界去研究這些新穎性質， 並有效的製作及應用這些奈米結構。因此如何控制物質在奈米尺度，已經成為物理、 化學、材料科學、生物、醫學、工程與電腦模擬領域最重要的科學訓練。 奈米碳管為1991 年由S. Iijima 博士所發現，因為其具有許多新穎的物理特性隨即 吸引科學界之重視。奈米碳管因具有高的機械強度與獨特的電子特性- 包括場發射顯 示器、較高的儲氫能力、高楊式係數與結構密度等優點，因此能應用在能帶工程上。 合成奈米碳管之方法相當多，包括電弧放電法、雷射剝蝕法與化學氣相沉積法等，但 是許多不純物會在合成時污染碳管。這些不純物有芳香環狀碳殼、非晶碳、芙及金屬， 其來源為合成時使用的金屬催化劑、或是來自沉積電極等。這些污染物並不容易分離， 因此儘管奈米碳管已經發現12 年，其純化與分析困難度等原因延後此產品進入市場應 用。 文獻中曾經報導許多純化奈米碳管之方法，包括濕式化學氧化、高溫乾氧化、過濾、 場流分層法與層析管柱分離等。這些純化方式由其化學反應之程度可以概分為破壞性 及非破壞性兩種，但是這些純化方法均相當耗時與耗能。近年來微波輔助化學反應法 受到許多的重視，因為其具有高樣品處理速度、使用的試藥相當少、可以控制溫度甚 至是壓力等特色，極適合奈米碳管之純化反應。 本研究計畫擬發展以微波反應為主之化學純化方法，探討不同的試藥在密閉式反 應器皿中對碳管之化學純化效率與機制。研究中擬針對市售及自行合成之碳管進行研 究，此外研究中亦使用重量法、熱重法、感應耦合電漿質譜儀、拉曼光譜儀、掃瞄電 子顯微境與穿透式電子顯微鏡等分析方法，來瞭解純化之反應。