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研究生： 林憶雯
Lin, Yi-Wen
論文名稱： 室溫離子液體中以去合金法製作奈米孔洞結構的銅電極
Fabrication of nanoporous copper by selective dealloying of CuZn surface alloy in room temperature ionic liquids
指導教授： 孫亦文
Sun, I-Wen
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 理學院 - 化學系
Department of Chemistry
論文出版年： 2006
畢業學年度： 94
語文別： 中文
論文頁數： 106
中文關鍵詞： 奈米孔洞 、銅
外文關鍵詞： nanoporous, copper
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    • 本篇論文中，利用兩步驟的電化學法，在室溫離子液體50-50mole% ZnCl2-EMIC中製作奈米孔洞結構的銅電極。作法上是將鋅電沉積在銅絲電極或者是銅片電極上，再利用電化學氧化的方式，選擇性將鋅從銅電極上溶解，而在銅電極上會形成奈米孔洞結構。在內容中，會探討電沉積時的電流、電位、電量、溫度以及氧化時的電位、溫度、電量對孔洞結構的影響。此外也探討室溫離子溶液成分對孔洞的影響。之後藉由XRD、SEM以及EDS的觀察，探討孔洞形成的機制。

    Formation of porous copper surface by a convenient two-step process involving electrochemical formation of a binary copper-zinc alloy film on copper surface followed by electrochemical etching of the zinc from the alloy. Both of the deposition and dealloying steps were performed in a single bath of low-temperature zinc chloride-1- ethyl-3-methylimidazolium chloride ionic liquid at 120 oC without using any other corrosive acids or bases. The effects of the deposited zinc quantity, deposition potential, current, and temperature on the structures, morphologies and mechanism of the porous copper film were examined.

    中文摘要........................................I 英文摘要.......................................II 目錄...........................................IV 表目錄........................................VII 圖目錄.......................................VIII 第一章 緒論.....................................1 1-1奈米孔洞(Nanoporous)材料...............1 1-1-1奈米孔洞(Nanoporous)材料製作......3 1-1-2模版法(Template)-金屬奈米孔洞材料.3 1-1-3去合金化法(De-alloying)...........6 去合金法歷史......................6 去合金化的機制...................13 去合金化在製備奈米孔洞上的應用...16 1-2室溫離子液體(Ionic Liquid)............18 1-3研究動機..............................20 第二章 相關研究參考資料........................21 2-1藥品..................................21 2-2室溫離子液體的合成....................22 氯化1-乙基-3-甲基咪唑............22 ZnCl2-EMIC離子液體的製備.........24 2-3實驗方法..............................25 第三章 實驗方法與原理..........................28 3-1電化學原理............................28 3-2循環伏安法(Cyclic voltammetry)........28 3-3定電位法(chronoamperometry)...........31 3-4定電流法(chronopotentimetry)..........32 第四章 結果與討論..............................33 4-1銅鋅合金的形成........................33 4-2實驗參數對於孔洞形成的影響............40 4-2-1電沉積鋅-定電位及定電流法........40 4-2-2定電流法電沉積鋅在銅絲電極，改變氧化電位...43 4-2-3定電流法電沉積鋅在銅絲電極，改變電沉積電流.44 4-2-4定電流法電沉積鋅在銅絲電極，改變電沉積電量.47 4-2-5定電位法電沉積鋅在銅絲電極，改變氧化電位...49 4-2-6定電位法電沉積鋅在銅絲電極，改變電沉積電位.51 4-2-7定電位法電沉積鋅在銅絲電極，改變電沉積電量.51 4-2-8改變不同的離子液體，不同變數對孔洞結構影響.55 4-3銅孔洞結構的形成................................69 4-3-1孔洞結構的形成機制.........................69 4-4 溫度對於銅孔洞結構的影響.......................84 4-4-1 改變不同電沉積與氧化溫度對於孔洞結構的影響84 4-4-2擴散對於銅鋅合金的影響.....................87 第五章 結論..............................................98 5-1銅鋅合金的形成與實驗參數對於孔洞的影響..........98 5-2銅孔洞結構的形成................................98 5-3 溫度對於銅孔洞結構的影響.......................99 第六章 參考文獻.........................................100 表目錄 表4-1氧化時間與氧化電量關係表............................76 表4-2氧化電位不同與氧化電量的關係........................81 圖目錄 圖1-1 奈米科技涵蓋各個領域................................1 圖1-2 吸附分子與奈米粒子及奈米孔洞材料作用表示圖..........2 圖1-3 液晶模版法製程示意圖................................4 圖1-4 膠體模版法製程示意圖................................5 圖1-5 古代去合金法........................................6 圖1-6 金銀合金去合金化時，金原子在表面擴散聚集表示圖......8 圖1-7 合金成分比例與氧化電位關係圖........................9 圖1-8 不同合金中，氧化電位差和惰性金屬比例NB*關係圖......10 圖1-9 去合金化中滲透行為表示圖...........................12 圖1-10 孔洞形成機制圖....................................14 圖1-11 電流對時間關係圖..................................14 圖1-12 奈米金孔洞結構....................................17 圖1-13多重孔洞的金奈米孔洞材料...........................17 圖1-14 常見離子離子液體結構..............................19 圖3-1 循環伏安法電位掃描關係圖與循環伏安圖...............29 圖3-2 可逆、半可逆和不可逆的循環伏安圖...................29 圖3-3 定電流位法，電位變化電流VS.時間示意圖..............31 圖3-4 定電流法，電流變化及電位VS.時間示意圖..............32 圖4-1 ZnCl2-EMIC中120℃，使用不同工作電極之循環伏安圖....35 圖4-2 ZnCl2-EMIC中120℃下，LSV圖.........................35 圖4-3 ZnCl2-EMIC中，在銅絲電極上改變不同的折返電位.......37 圖4-4 ZnCl2-EMIC中，銅絲電極在不同溫度所掃描出的循環伏安圖37 圖4-5 鋅在銅電極上形成合金示意圖.........................38 圖4-6 ZnCl2-EMIC的離子液體中，使用定電流法(A)鋅電沉積在銅絲上，(B)以定電位法在0.45V時將鋅氧化之Cross Sention SEM圖.....................39 圖4-7 ZnCl2-EMIC的離子液體中，以定電流法改變不同電流密度將鋅電沉積在銅絲上之SEM圖.......................................................41 圖4-8 ZnCl2-EMIC的離子液體中，以定電位法改變不同電位值將鋅電沉積在銅絲電極上之SEM圖....................................................43 圖4-9 ZnCl2-EMIC的離子液體中，以定電流法電沉積鋅在銅絲上改變氧化電位.......................................................45 圖4-10 ZnCl2-EMIC的離子液體中，以定電流法將鋅電沉積在銅絲上改變不同電流密度.......................................................46 圖4-11 ZnCl2-EMIC的離子液體中，以定電流法將鋅電沉積在銅絲改變不同電量密度.......................................................48 圖4-12 ZnCl2-EMIC的離子液體中，以定電位法將鋅電沉積在銅絲上，改變氧化電位.......................................................50 圖4-13 ZnCl2-EMIC的離子液體中，以定電位法將鋅電沉積在銅上改變不同電位值.......................................................53 圖4-14 ZnCl2-EMIC的離子液體中，120℃下，以定電位法將鋅電沉積在銅上。改變不同的電沉積電量...............................................54 圖4-15 利用銅絲電極在不同的離子液體中所掃描的循環伏安圖..55 圖4-16 在40-60mol%-ZnCl2-EMI室溫離子液體中，以定電流法電沉積，改變氧化電位.......................................................57 圖4-17 在66-34 mol% ZnCl2-EMIC室溫離子液體中，以定電流法電沉積，改變氧化電位.......................................................58 圖4-18 在40-60mol%ZnCl2-EMIC中，以定電流法電沉積。改變電流密度.......................................................59 圖4-19 在66-34 mol% ZnCl2-EMIC的離子液體中，以定電流法電沉積。改變電流密度.......................................................60 圖4-20 在40-60mol%ZnCl2-EMIC中，以定電流法電沉積改變不同電沉積量密度.......................................................61 圖4-21 在66-34mol%ZnCl2-EMIC的離子液體中以定電流法電沉積改變不同電沉積量密度.......................................................62 圖4-22 在40-60mol% ZnCl2-EMIC的離子液體中，以定電位法電沉積。改變氧化電位.......................................................63 圖4-23 在66-34 mol% ZnCl2-EMIC的離子液體中，以定電位法電沉積改變氧化電位.......................................................64 圖4-24 在40-60 mol% ZnCl2-EMIC離子液體中，以定電位法電沉積，改變不同電鍍電位.......................................................65 圖4-25 在66.6-33.4 mol% ZnCl2-EMIC的離子液體中，以定電位法電沉積，改變不同電鍍電位.....................................................66 圖4-26 在40-60mol% ZnCl2-EMIC中，以定電位法電沉積，改變不同電量密度.......................................................67 圖4-27 在66-34 mol% ZnCl2-EMIC的離子液體中，以定電位法電沉積，改變不同電量密度.......................................................68 圖4-28 I(i-t圖)與II(SEM圖)50-50mol%ZnCl2-EMIC的離子液體中，以定電流法將鋅電沉積在銅絲上氧化電位為0.45V改變氧化的時間..................71 圖4-29 (I)金銀合金相圖..................................73 圖4-29 (II)銅鋅合金相圖.................................73 圖4-30 50-50mol%ZnCl2-EMIC離子液體中，使用銅片電極當工作電極，以定電流法將鋅電沉積在銅絲上，以定電位法將鋅氧化剝除，改變氧化的電位之XRD圖74 圖4-31 在50-50mol% ZnCl2-EMIC的離子液體中，以定電流法將鋅電沉積在銅絲上，利用定電位法固定電位為0.45V，改變氧化時間Cross Section SEM圖...76 圖4-32 ZnCl2-EMIC離子液體中，定電流法將鋅電沉積在銅絲上，改變氧化的電位.......................................................78 圖4-33 在50-50mol%ZnCl2-EMIC的室溫離子液體中120℃下，電沉積將鋅電沉積在銅絲上，再用定電位法將鋅氧化，改變氧化的電量為...................81 圖4-34 在40-60mol% ZnCl2-EMIC的室溫離子液體中120℃下，電沉積將鋅電沉積在銅絲上，再用定電位法將鋅氧化，改變氧化的電量為...............82 圖4-35 在66-34mol% ZnCl2-EMIC的室溫離子液體中120℃下，電沉積將鋅電沉積在銅絲上，再用定電位法將鋅氧化，改變氧化的電量為...............83 圖4-36 在50-50mol% ZnCl2-EMIC的離子液體中，以定電流法將鋅電沉積在銅絲上，改變溫度，之後再用定電位法在0.45V時將鋅氧化下來所照出來SEM圖...85 圖4-37 在50-50mol% ZnCl2-EMIC的離子液體中，120℃下以定電流法將鋅電沉積在銅絲上，改變浸泡的時間之SEM圖................................88 圖4-38 在50-50mol% ZnCl2-EMIC的離子液體中，120℃下，以定電流法將鋅電沉積在銅絲上，改變浸泡的時間之Cross Section SEM圖..................89 圖4-39 在50-50mol%ZnCl2-EMIC的離子液體中，在120℃下以定電流法改變電流密度VS浸泡時間不同之SEM圖..........................................91 圖4-40 在討論在120℃下真空鍛燒與浸泡在120℃下的50-50mol% ZnCl2-EMIC中對於擴散的影響.....................................................92 圖4-41 Vacancy Diffusion)與Interstitial Diffusion示意圖..93 圖4-42 擴散係數與溫度倒數的關係圖........................96 圖4-43 塊狀與塊狀之間的縫隙間的擴散(Grain boundary diffusion)96 圖4-44 去合金化的機制....................................97

    第六章 參考文獻
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    下載圖示 校內：2008-07-10公開
    校外：2009-07-10公開
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