學位論文
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Item 新型鎢金屬有機框架衍生物複合石墨烯應用於超級電容器負極材料之開發(2025) 林璟棠; Lin, Ching-Tang面對氣候變遷與能源轉型的挑戰，可再生能源因其低碳排與永續特性，被視為未來能源系統的關鍵因素。然而，風能與太陽能等再生能源受限於其間歇性難以穩定供電，迫切需要高效儲能的研發。超級電容器具備高功率密度、快速充放電能力與長循環壽命等優勢，在穩定能源供需中展現出極大潛力。本研究以設計具備優異儲能能力的負極電極材料為目標，提出一種基於鎢金屬有機框架(W-MOF)衍生之複合材料，應用於超級電容器負極。鎢元素具多種氧化態(+2至+6)，在氧化還原反應中具備高度活性，但以鎢作為金屬中心的 MOF 材料仍鮮有文獻深入探討。本研究使用六氯化鎢(WCl6)、均苯四甲酸(PMA)與硝酸(HNO3)透過一步水熱法合成W-MOF材料，並藉由煅燒形成鎢金屬框架衍生物材料(D-WO3)。為進一步提升其導電性與倍率性能，將不同含量之氧化還原石墨烯(rGO)摻雜其中，合成D-WO3@rGO複合材料。該材料兼具電雙層與擬電容儲能機制，並藉由D-WO3本身結構與rGO的協同效應，大幅提升其比表面積與導電性。本研究所製備的D-WO3@rGO60材料，擁有低電解液電阻(Rs) 2.31 Ω與電荷轉移電阻(Rct) 0.56 Ω，在電流密度為1 A g-1下可獲得高比電容值998.8 Fg-1。相比D-WO3(350A) (654.2 F g-1)、D-WO3@rGO40 (751.2 F g-1)與D-WO3@rGO80 (816.2 F g-1)材料，分別提升1.53、1.33及1.22倍，顯示D-WO3@rGO60具有優異的電容性能。當電流密度提升至5 A g-1時，仍保有40.5 %的倍率性能，驗證D-WO3透過水熱法複合rGO能有效提升其倍率性能。最後，以D-WO3@rGO60為負極材料，活性碳(Activated carbon, AC)為正極材料組裝成混合式超級電容器(Hybrid supercapacitor, HSC)，該HSC在15.7 W h kg-1的能量密度下具有3000 W kg-1的高功率密度。它可點亮排列有NTNU ME圖樣的88顆並聯紅光LED燈，持續時間可達240秒，也透過相同方式成功驅動計算機20秒，證實本研究所開發的HSC具有作為儲能元件的實際應用能力，而其所使用之D-WO3@rGO60複合材料，可在高性能儲能領域，提供一條兼具材料創新性與應用導向性的技術路徑，對次世代可攜式與再生能源整合型儲能系統具有重要意義。Item 氧化鋅奈米線應用於發光二極體之研製(2009) 趙偉迪; Wei-Di Chao發光二極體被視為未來主要的照明光源，高功率發光二極體於技術上屢有突破，但現階段發光效率的不足，使發光二極體無法取代傳統光源作為照明燈源的主流，故發光二極體發光效率的提升，是目前技術發展的重點之一。過去的研究指出，將奈米線應用於發光二極體的結構製作，能有效提升其發光強度；而在各式成長奈米線的方法中，以水熱法製備之奈米線具有高品質順向成長與製程簡易的優點，故本論文將採用此法成長氧化鋅奈米線，並以射頻濺鍍法沉積N型氧化鋅鋁薄膜，P型材料則選用氧化鋅與氮化鎵，藉以製備氧化鋅奈米線發光二極體，進行其特性之研究。 在奈米線的部份，藉由水熱法成功製備氧化鋅奈米線，直徑34 nm-200 nm，長度1 um-2 um，密度4 NWs/um2-68.23 NWs/um2。EDS分析顯示氧化鋅奈米線的鋅、氧比接近50 % : 50 %。XRD分析僅於34度存在繞射峰值，亦即於(002)面有較強之繞射訊號。PL顯示奈米線的發光峰值位於378 nm，並具有微弱之可見光放射。從HRTEM可觀察到，奈米線內部的晶格結構良好，晶格條紋間距為0.2629 nm，証實奈米線為C軸取向成長。 N型氧化鋅鋁薄膜部份，其最佳電阻率為3×10^(-3) Ω-cm，載子濃度為1.72×10^21 cm^(-3)，載子遷移率為0.0715 cm2/V-s，於可見光波段的平均穿透率大於80 %，於波長450 nm之最佳穿透率為87 %，於波長380 nm之最佳穿透率為77 %。 P型氧化鋅部份，分別使用氧化鋅及純鋅靶材，嘗試藉由製程氣體氧/氬比例的控制，用以製備P型氧化鋅，但目前薄膜均呈現N型半導體電性。未來將使用摻雜P2O5之氧化鋅靶材，繼續P型氧化鋅薄膜之試驗。 發光二極體部份，目前已於P型氮化鎵(鎂摻雜，載子濃度約為10^17 cm^(-3))薄膜上，成功製備氧化鋅奈米線/N型氧化鋅鋁薄膜結構，並完成發光二極體之晶粒製作，其尺寸為300 um×300 um。在約大於15 V的操作電壓下，以長工作距離顯微鏡可觀察到，發光二極體晶粒的部份區域放射出藍光，且發光強度隨外加電壓而增加。發光二極體之I-V曲線顯示其串聯電阻相當大，未來將以快速熱退火進行後處理，以期提升其性能，並檢測發光頻譜等特性。Item 氧化鋅奈米線陣列披覆PVDF製作可撓性壓電元件之輸出電壓特性研究(2015) 許敬玄; Shiu, Jing-Shiuan本研究先利用濺鍍機在可撓式銅基板上沉積一層氧化鋅種子層，再將沉積種子層過後的銅基板經過水熱法長出一維結構之氧化鋅奈米線，透過不同氧化鋅種子層的粗糙度改變氧化鋅奈米線之線徑與線長：氧化鋅種子層粗糙度低，奈米線長且細，但容易造成奈米線叢聚現象；氧化鋅種子層粗糙度高製備出奈米線線徑粗，因線徑粗使奈米線叢聚現象降低。因製備完成氧化鋅奈米線後，需將PVDF薄膜旋塗於氧化鋅奈米線上，若奈米線有叢聚現象，PVDF溶液較不易均勻沉浸於奈米線中。接下來探討PVDF在何種結晶的環境下和厚度，能有效的提高PVDF的壓電輸出特性，一般PVDF的熔點溫度在160℃。研究成果指出，PVDF薄膜在300 rpm的轉速有最大的壓電輸出，且在烘烤時間50分鐘也能有效的使壓電輸出達到最佳化。 雖然氧化鋅奈米線本身也是壓電材料，但其壓電輸出特性卻非常小；而在PVDF薄膜上，雖材料本身耐強度與高壓電輸出特性，但其壓阻高所造成的靈敏性低之缺點，故在最後研究，將結合兩種材料以達到相輔相成的效用在，所以近一步探討PVDF薄膜在有無披覆氧化鋅奈米線時的壓電輸出特性的差異，結果顯示披覆氧化鋅奈米線時之壓電輸出特性增加、反應時間減少，都是因氧化鋅奈米線高體表面積的優點，使PVDF薄膜能突破本身低靈敏性的特性，能有潛力成為高敏性與高輸出之可撓式攜帶電子元件。