研究生: |
呂慧伶 Hung-Ling Lu |
---|---|
論文名稱: |
奈米碳管表面修飾結構與氣體感測選擇性之研究 A Selectivity Study of Gas Sensors Coated with Surface Modified Single Wall Carbon Nanotubes |
指導教授: |
呂家榮
Lu, Chia-Jung |
學位類別: |
碩士 Master |
系所名稱: |
化學系 Department of Chemistry |
論文出版年: | 2013 |
畢業學年度: | 101 |
語文別: | 中文 |
論文頁數: | 118 |
中文關鍵詞: | 單層奈米碳管 、電阻式感測器 、質量式感測器 |
英文關鍵詞: | single wall carbon nanotube, chemiresistor, quartz crystal microbalance |
論文種類: | 學術論文 |
相關次數: | 點閱:201 下載:9 |
分享至: |
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報 |
本研究使用化學合成方式在單層奈米碳管(Single Wall Carbon Nanotube)表面修飾羧酸基和酯類官能基,以及表面包覆十二烷基硫酸鈉共三種改質材料,改變奈米碳管的表面化學選擇性。單層奈米碳管表面修飾材料塗佈於電阻式感測器和質量式感測器上作為氣體感測器,並量測和記錄有機氣體感測時電阻的變化和奈米碳管管壁上吸附有機氣體分子之質量變化,進一步探討奈米碳管表面修飾不同官能基其對於不同有機揮發性氣體的靈敏度以及選擇性的變化。研究成果顯示,由於和有機揮發性氣體形成氫鍵以及極性官能基結構使得單層奈米碳管上表面修飾羧酸基以及酯類官能基對於極性有機揮發性氣體有較好的靈敏度。然而對於表面包覆十二烷基硫酸鈉改質材料,則是偵測甲苯氣體反應性較好。本研究合成出三種官能基改質材料於單層奈米碳管表面上,應用於有機揮發性氣體電阻式感測器偵測,未來將這些奈米碳管表面修飾材料應用於微小化GC氣體感測器。
In this study, we modified the surface of the single-wall carbon nanotube (SWCNT) with a series of functional groups such as carboxylic group and ester group by chemical synthesis and doping of sodium dodecyl sulfate (SDS). We used three modified materials to change the surface chemical selectivity. Surface modified CNTs were coated on chemiresistor (CR) and quartz crystal microbalance (QCM) as gas sensors. We used them to measure the correlation of the electrical resistance and the mass changes during vapor sorption and to investigate the sensitivity and selectivity versus different volatile organic compounds (VOCs) after surface functionalized. As a result of the hydrogen bond with VOCs and polar functional groups show that SWCNT-COOH and SWCNT-ESTER have better sensitivity to polar VOCs. However, SWCNT-SDS has better reaction for detecting toluene. In this study, we synthesized three functional groups modified material on the surface of SWCNT, used for detecting volatile organic compounds. In the future, we will apply the surface modified SWCNTs as the sensing materials for miniaturized GC detector.
1. J. Janata, M. Jasowicz, P. Vanysek, D. M. Devaney, Anal.Chem. 1998, 70, 179R.
2. F. Patolsky, G. Zheng, C.M. Lieber, Anal. Chem. 2006, 78, 4260.
3. M. S. Dresselhaus, G. Dresselhaus, P.C. Eklund, Science of Fullerenes and carbon Nanotubes, Academic Press, New York, 1996.
4. S. M. Lee, Y.H. Lee, Appl. Phys. Lett. 2002, 76, 2877.
5. P. G. Collins, A. Zettl, H. Bando, A. Thess, R. E. Smalley, Science 1997, 278, 100.
6. P. G. Collins, K. Bradley, M. Ishigami, A. Zettl, Science 2000, 287, 1801.
7. W. A. Deheer, A. Chatelain, D. Ugarte, Science 1995, 270, 1179.
8. W. B. Choi, Y. W. Jin, H. Y. Kim, S. J. Lee, M. J. Yun, J. H. Kang, Y .S. Choi, N.S. Park, N. S. Lee, J. M. Kim, Appl. Phys. Lett. 2001, 78, 1547.
9. Q. Wang, H. A. A. Setlur, J. M. Lauerhaas, J. Y. Dai, E. W. Seeling, R. P. H. Chang, Appl. Phys. Lett. 1998, 72, 2912.
10. A. Star, D. R. Kauffman, Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 6550.
11. R. Saito, M. Fujita, G. Dresselhaus, M. S. Dresselhaus, Appl. Phys. Lett. 1992, 60, 2004.
12. R. H. Baughman, A. A. Zakhidov, W. A. Deheer, Science 2002, 297, 787.
13. M. Terrones, Ann. Rev. Mater. Res. 2003, 33, 419.
14. M. S. Dresslhaus, P. C. Eklund, R. Saito, Phys. World 1998, 33.
15. S. Niraj, M. Jiazhi, T. W. Y. John, J. Nanosci. Nanotechnol. 2006, 6, 573.
16. R. Martel, T Schmidt, H. R. Shea, T. Hertel, P. Avouris, Appl. Phys. Lett. 1988, 73, 2447.
17. M. M. J. Treacy, T. W. Ebbesen, J. M. Gibson, Nature 1996, 381, 678.
18. E. W. Wong, P. E. Sheehan, C. M. Lieber, Science 1997, 277, 1971.
19. M. R. Falvo, G. J. Clary, R. M. Taylor, V. Chi, F. P. Brooks, S. Washburn, R. Superfine, Nature 1997, 389, 582.
20. C. Journet, W. K. Master, P. Bernier, A. Loiseau, M. L. Chapelle, S. Lefrant, P. Deniard, R. Lee, J. E. Fischer, Nature 1997, 388, 756.
21. T. W. Ebbesen, in Carbon Nanotubes: Preparation and Properties, CRC Press, Boca Raton 1997, 139.
22. L. Kintak, H. David, Comp. Pt. B. Engg 2002, 33, 263.
23. T. W. Ebbesen, P. M. Ajayan, Nature 1992, 358, 220.
24. A. Thess, R. Lee, P. Nikolaev, H. J. Dai, P. Petit, J. Robert, C. H. Xu, Y. H. Lee, S. G. Kim, A. G. Rinzler, D. T. Collbert, G. E. Scuseria, D. Tomanek, J. E. Fischer, R. E. Smalley, Science 1996, 273, 483.
25. S. Arepalli, P. Nikolaev, W. Holmes, B. S. Files, Appl. Phys. Lett. 2001, 78, 1610.
26. C. D. Scott, S. Arepalli, P. Nikolaev, R. E. Smalley, Appl. Phys. A. 2001, 72, 573.
27. N. Braidy, M. A. E. Khakani, G. A. Botton, J. Mater. Res. 2002, 17, 2189.
28. S. Farhat, I. Hinkov, C. D. Scott, J. Nanosci. Nanotechnol. 2004, 4, 377.
29. S. Arepalli, W. A. Holmes, P. Nikolaev, V. G. Hadjiev, C. D. Scott, J. Nanosci. Nanotechnol. 2004, 4, 762.
30. H. Dai, M. S. Dresselhaus, G. Dresselhaus, P. Avouris, Appl. Phys. Lett. 2001, 80, 29.
31. S. Arepalli, P. Nikolaev, W. Holmes, B. S. Files, Appl. Phys. Lett. 2001, 78, 1610.
32. M. J. Yacaman, M. M. Yoshida, L. Rendon, J. G. Santiesteban,
Appl. Phys. Lett. 1993, 62, 202.
33. V. K. Varadan, J. Xie, Smart Mater. Struct. 2002, 11, 610.
34. D. Park, Y. H. Kim, J. K. Lee, Carbon 2003, 41, 1025.
35. S. Chaisitsak, A.Yamada, M. Konagai, Diam. Rel. Mater. 2004, 13, 438.
36. S. Maheshwar, P. R. Apte, S. C. Purandare, R. Zacharia, J. Nanosci. Nanotechnol. 2005, 5, 288.
37. T. Shanghua, D. Hui, Carbon 2002, 40, 1597.
38. M. S. R. Endo, M. S. Dresselhaus, G.Dresselhaus, T. W. Ebbesen, Carbon Nanotubes: Preparation and Properties, CRC Press, 1997.
39. T. W. Ebbesen, P. M. Ajayan, H. Hiura, K.Tanigaki, Nature 1994, 367, 519.
40. H. Hiura, T. W. Ebbesen, K. Tanigaki, Adv. Mater. 1995, 7, 275.
41. E. Dujardin, T. W. Ebesne, A. Krishnan, M. M. J. Treacy, Adv. Mater. 1998, 10, 611.
42. A. G. Rinzler, J. Liu, H. Dai, P. Nikolaev, C. B. Huffman, F. J. Rodriguez-Macias, P. J. Boul, A. H. Lu, D. Heymann, D. T. Colbert, R. S. Lee, J. E. Fischer, A. M. Rao, P. C. Eklund, R. E. Smalley, Appl. Phys. A. 1998, 67, 29.
43. S. Bandow, A. M. Rao, K. A. Williams, A. Thess, R. E. Smalley, P. C. Eklund, Phys. Chem. B 1997, 101, 8839.
44. K. B. Shelimov, R. O. Esenaliev, A. G. Rinzler, C. B. Huff-man, R. E. Smalley, Chem. Phys. Lett. 1998, 282, 429.
45. R. Murphy, J. N. Coleman, M. Cadek, B. Mccarthy, M.Bent, A. Drury, R. C. Barklie, W. J. Blau, J. Phys. Chem. B 2002, 106, 3087.
46. T. W. Ebbesen, P. M. Ajayan, H. Hiura, K. Tanigaki, Nature 1994, 367, 519.
47. H. Hiura, T. W. Ebbesen, K. Tanigaki, Adv. Mater. 1995, 7, 275.
48. H. Y. Kim, W. B. Choi, N. S. Lee, D. S. Chung, J. H. Kang, I. T. Han, J. M. Kim, M. H. Moon, J. S. Kim, Proc. Mater. Res. Soc. Symp. 2000, 593.
49. L. P. Biro, N. Q. Khanh, Z. Vertesy, Z. E. Horvath, Z. Osvath, A. Koos, J. Gyulai, A. Kocsonya, Z. Konya, X. B. Zhang, G. V Tendeloo, A. Fonseca, J. B. Nagy, Mater. Sci. Eng. C 2002, C19, 9.
50. E. Dujardin, T. W. Ebbesen, A. Krishnan, M. M. J. Treacy, Adv. Mater. 1998, 10, 611.
51. A. R. Harutyunyan, B. K. Pradhan, J. Chang, G. Chen, P. C. Eklund, J. Phys. Chem. B 2002, 106, 8671.
52. R. Murphy, J.N. Coleman, M. Cadek, B. McCarthy, M. Bent, A. Drury, R.C. Barklie, W.J. Blau, J. Phys. Chem. B 2002, 106, 3087.
53. K. B. Shelimov, R. O. Esenaliev, A. G. Rinzler, C. B. Huffman, R. E. Smalley, Chem. Phys. Lett. 1998, 282, 429.
54. C. Cantalini, L. Valentini, I. Armentano, L. Lozzi, J. M. Kenny, S. Santucci, Sens. Actuators B 2003, 95, 195.
55. (a) C. E. W. Hahn, Analyst 1998, 123, 57R; (b) W. Cao, Y. Duan, C. Rev, Anal. Chem. 2007, 37, 3.
56. A. Star, T. R. Han, V. Joshi, J. C. P. Gabriel, G. GrSner, Adv. Mater. 2004, 16, 2049.
57. O. Kuzmych, B. L. Allen, A. Star, Nanotechnology 2007, 18, 375502.
58. G. Chiti, G. Marrazza, M. Mascini, Anal. Chim. Acta 2001, 427, 155.
59. E. S. Snow, F. K. Perkins, E. J. Houser, S .C. Badescu, T. L. Reinecke, Science 2005, 307, 1942.
60. B. L. Allen, P. Kichambare, A. Star, Adv. Mater. 2007, 19, 1439.
61. S, N. Kim, J. Rusling, F. Papadimitrakopoulos, Adv. Mater. 2007, 19, 3214.
62. E. S. Snow, F. K. Perkins, Robinson, J. Am. Chem. Soc. Rev. 2006, 35, 790.
63. F. Wang, T. M. Swager, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 11181.
64. A. Salehi-Khojin, F. Khalili-Araghi, M. A. Kuroda, K. Y. Lin, J. Leburton, R. I. Masel, ACS Nano 2011, 5, 153.
65. H. Yoon, J. K. Abraham, V. K. Varadan, P. B. Ruffin, Smart Mater. Struct. 2006, 15, S14.
66. G. R. Hutchison, M. A. Ratner, T. J. Marks, R. Naaman, J. Phys. Chem. B 2001, 105, 2881.
67. Y. Fan, M. Burghard, K. Kern, Adv. Mater. 2002, 14, 130.
68. A. Salehi-Khojin, K. Y. Lin, C. R. Fieldand, R. I. Masel, Nanoscale 2011, 3, 3097.
69. C. Gomez-Navarro, P. J. D. Pablo, J. Gomez-Herrero, B. Biel, F. J. Garcia-Vidal, A. Rubio, F. Flores, Nat. Mater. 2005, 4, 534.
70. J. K. Abraham, B. Philip, A. Witchurchl, V. K. Varadanl, C. C. Reddy, Smart Mater. Struct. 2004, 13, 1045.
71. G. Z. Sauerbrey, Phys. 1959, 155, 206.
72. M. Consales, S. Campopiano, A. Cutolo, M. Penza, P. Aversa, G. Cassano, M. Giordano, A. Cusano, Sens. Actuators B 2006, 118, 232.
73. Z. Yongsheng, Y. Ke, X. Rongli, J. Desheng, L. Laiqiang, Z. Ziqiang, Sens. Actuators A 2005, 120, 142.
74. S. Junya, I. Hiroshi, H. Shinichiro, D. Weidong, Z. Guangbin, I. Kiminobu, H. Masanori, Sens. Actuators B 2006, 114, 943.
75. O. K. Varghese, P. D. Kichambre, D. Gong, K. G. Ong, E. C. Dickey, C. A. Grimes, Sens. Actuators B 2001, 32, 41.
76. S. K. Amin, Y. L. Kevin, R. F. Christopher, I. M. Richard, Science 2010, 329, 1327.
77. 蔡佳蓉, 民國99年7月,“奈米金殼層結構與氣體感應機構之研究”, 國立臺灣師範大學化學系碩士論文