奈米材料合成技术气相法-大同大学奈米科技教学网站.PDFVIP

奈米材料合成技術 Department of Materials Engineering Tatung University Hong-Ming Lin 氣相法 氣相法具備滿足前述多項優良合成條件的要素 ，理由是乾淨 ，粒徑很一致 、 粒度分佈明銳 ，容易控制粒徑 ，最近被常用來生成奈米微粒 。研究用或欲探索用 途時 ，需要特性一定的奈米微粒 ，很適用氣相蒸發法 ，可作出金屬 、合金 、陶瓷 、 41 ,42 ,43 ,44 ,45 ,46 ,47 ,48 複合物 、有機化合物的奈米微粒子[ ] 。 氣相合成技術之發展可追溯至 1950 年代 ，為目前最主要之合成技術 。其基 本原理是利用氣相中的原子或分子在過飽和狀態時 ，將會開始成核析出為固相或 液相 。如在氣相中進行均質成核時控制其冷卻速率 ，則可漸成長為純金屬 、陶瓷 或複合材料之奈米粉體 ；若在固態基板上緩慢冷卻而成核-成長 ，則可長成薄膜 、 鬚晶或碳管等奈米級材料 ，如下圖 4 所示 。 一般原子 、分子或離子凝聚生成微粒包括成核及晶長過程 。成核現象有均質 成核 （Homogeneous Nuclesation）及非均質成核(Heterogeneous Nucleation)兩種形 態 。均質成核是在無催化異質體下之成核現象 ，如在氣相中或懸浮之液相中無器 壁下之成核 ，需要很高的過飽和濃度才能達到 。非均質成核在催化異質體之協助 下 ，如晶種或凝固器壁 ，很容易發生成核 ，所需能量比均質成核小很多 。奈米微 粒之合成需要靠均質成核之過程以達到粒徑小及分佈窄之目的 。 氣相合成法 ，利用蒸氣凝聚生成液相均質成核或直接由氣相均質成核而生成 結晶微粒 。合成過程中皆藉助急速冷凝之過程 ，從高溫形成之蒸氣壓一到達低溫 41 賴明雄 ，奈米微粒子的製造方法簡介 ，粉末冶金會刊第 19 卷第 4 期 ，(1994)pp. 247-256. 42 蘇品書編譯 ，「超微粒子材料技術 」，復漢出版社印行 ，台南(1989) 。, 43 Ryozi Uyeda, “Studies of Ultrafine Particles in Japan: Crystallography. Methods of Preparation and Technological Applications”, Progress in Materials Science, Vol. 35, 1991, pp.1-96. 44 宇田廣雅 ，日本金屬學會會報 ，22 ，（1983 ）412. 45 小石真純 編輯 ，「超微粒子開發應用 」 (1989) ，Science Forum. 46 外山茂樹 等編輯 ，「超微粒子應用技術 」，（社 ）日本粉體工業技術學會編 ，昭和六十一年 。 47 林鴻明 ，「奈米材料未來的發展趨勢 」，科技發展政策報導 ，SR9109, 2002 年 9 月 ， 648-666 頁 。 48 林鴻明 ，「台灣奈米結構材料與技術之研究現況」，化工科技與商情 ，No. 32, 2002 年 5 月， 26-28 頁 。 即形成過飽和現象 。因此均質成核時溫度下之實際蒸氣壓 ，Ps ，比該溫度下之平 衡蒸氣壓 ，Po ，高出許多 ，使均質成核得以進行 。以自由能來表示 ，如圖 5 ，在 一定過飽和度下 ，成核的粒子在高能狀態及環境的影響下並不安定 ，我們將能克 服熱力學能障而安定存在的最小粒徑稱為臨界核徑 rc 。 圖 4 ：氣相析出的固體型態 。 + * G G