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研究生: 吳政道
Cheng Tao Wu
論文名稱: 氧化亞銅奈米顆粒的熱縮現象探討
Thermal contraction behavior of cuprous oxide nanoparticles
指導教授: 李文献
Wen-Hsien Li
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 理學院 - 物理學系
Department of Physics
畢業學年度: 97
語文別: 中文
論文頁數: 72
中文關鍵詞: 自旋極化奈米粒子負熱膨漲氧化亞銅
外文關鍵詞: spin polarization, nanoparticle, negative thermal expansion, cuprous oxide
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  • 使用低真空熱蒸鍍系統製作銅奈米顆粒,並將其放置於自然大氣氧化八個月後得到樣品Cu071227。利用X光繞射實驗與能量散佈光譜得到樣品由氧與銅原素構成且樣品的化學式為Cu2O0.88。借由掃描式電子顯微鏡與積分寬法和共同體積函數計算X光繞射譜圖得到樣品的粒徑為14.3nm。
    利用在不同實驗溫度下所得之X光繞射譜圖計算樣品晶格參數隨溫度的變化,推測氧化亞銅奈米顆粒在190至230 K晶格常數有熱縮的現象。
    對樣品進行在不同實驗溫度下之拉曼散射實驗並以勞侖茲函數擬合峰值,觀察氧化亞銅的 拉曼振動模式溫度峰值位置的變化在190至230 K溫度區間隨著溫度昇高有移向高拉曼位移的趨勢,推測原因為氧化亞銅奈米顆粒在晶格常數熱縮的溫度區間銅離子間距離縮短,造成只有銅離子振動的拉曼振動模式之拉曼位移受到影響。
    使用物理特性量測系統量測氧化亞銅奈米顆粒在不同實驗溫度下的磁化曲線並使用朗之萬函數加反磁線性項擬合之,可以觀察在210至230 K溫度區間磁矩隨溫度增加而急遽上升,而230至280 K溫度區間磁矩又隨溫度的增加而降低,推測氧化亞銅晶格的熱縮現象也會造成顆粒磁矩的變化。


    The sample Cu071227 was formed by natural oxidation of Cu nanoparticles for eight months, which are fabricated by the thermal evaporation method. X-ray diffraction and energy dispersive spectrometer indicate that the chemical composition of sample is Cu2O0.88. The mean particle diameter is 14.3nm determined using scanning electron microscopy image and X-ray diffraction patterns.
    Temperature dependence of the X-ray diffraction patterns are measured to study the thermal evolution of lattice parameters. The results reveal a negative thermal expansion in the temperature region of 190 to 230 K.
    We perform the Raman scattering experiment at selective temperature and used Lorentzian functions to fit the Raman spectra. The Raman shift of the phonon mode (out-of-phase in-plane vibrations of Cu) increases with increasing temperature region of 190 to 230 K. The phenomenon may be understood by the reduction of the distance between Cu ions in that temperature region.
    Magnetic properties were studied by Physical Property Measurement System. The M-H curve of the cuprous oxide nanoparticles can be described by a Langevin function plus a diamagnetic term. The mean particle moment rapidly increases in the temperature region of 210 to 230 K, followed by progressing decreases between 230-280 K. This indicates the change in particle moment and the thermal contraction behavior of cuprous oxide nanoparticle are indeed related.

    論文摘要.........................................Ⅰ Abstract.........................................Ⅱ 誌謝.............................................Ⅲ 目錄.............................................Ⅳ 圖目錄...........................................Ⅵ 表目錄...........................................Ⅹ 第一章 簡介......................................1 1-1 銅與氧化亞銅的基本特性.......................1 1-2 奈米材料之新穎特性.......................... 3 1-3 負熱膨脹效應................................ 4 第二章 樣品製備分析與實驗儀器介紹............... 7 2-1 樣品製備.................................... 7 2-2 成份分析.................................... 9 2-3 粒徑分析................................... 17 2-4 微拉曼散射系統介紹......................... 22 2-5 物理特性量測系統........................... 26 第三章 熱效應對晶格參數與銅原子振動模式的影響.. 28 3-1 晶格參數分析............................... 28 3-2 利用X 光繞射量測德拜溫度................... 37 3-3 拉曼散射理論............................... 40 3-4 拉曼散射實驗結果與分析..................... 45 第四章 氧化亞銅奈米顆粒之磁性探討.............. 54 4-1 自旋極化與氧結構空缺....................... 54 4-2 朗之萬(Langevin)順磁理論................... 57 4-3 磁化曲線之擬合與討論....................... 59 第五章 結論.................................... 71

    第一章
    [1] J. M. Zuo, M. Kim, M. O''Keeffe and J. C. H. Spence, NATURE 401(1999)
    [2] 銅氧核殼奈米顆粒間交互作用對自旋極化之影響, 陳乃維, 國立中央大學碩士論文(2008)
    [3] W.-H. Li, S.Y.Wu, C. C. Yang, S. K. Lai, and K. C. Lee, H. L. Huang and H. D. Yang, PHYSICAL REVIEW LETTERS 89 13 (2002)
    [4] R. Mittal, S. L. Chaplot, S. K. Mishra, and Preyoshi P. Bose,PHYSICAL REVIEW B 75, 174303 (2007)
    第二章
    [1] 材料分析,汪建民 中國材料學學會(2008)。
    [2] 奈米氧化亞銅微粒的氧化缺陷及自旋極化,林裕翔 國立中央大學碩士論文(2007)。
    [3] 銅氧核殼奈米顆粒的雙分量自旋極化,李宗儒 國立中央大學碩士論文(2008)。
    [4] X光繞射原理與材料結構,許樹恩、吳泰伯 中國材料學學會(2006)。
    [5] 擬合X光繞射峰形判定奈米微粒粉末的粒徑分佈,王進威 國立中
    央大學碩士論文(2006)。
    第三章
    [1] L. B. Hong, C. C. Ahn, and B. Fultz, J. Mater. Res., Vol. 10, No. 10,(1995)
    [2] 分子振動光譜學概論,吳國禎 高立圖書有限公司 (2001)
    [3] 銀奈米微粒的拉曼強化效應,陳立偉 國立中央大學碩士論文
    (2005)
    [4] 激光光譜技術原理及應用, 陸同興 中國科技技術大學 (2006)
    [5] M. Ivanda, D. Waasmaier, A. Endriss, J. Ihringer, A. Kirfel and W.Kiefer, JOURNAL OF RAMAN SPECTROSCOPY, 28(1997)
    [6] K. Reimann and K. Syassen, PHYSICAL REVIEW B 39, 15 (2007)
    [7] Peter Y. Yu and Y. R. Shen, PHYSICAL REVIEW B 12, 4 (1975)
    [8] J. M. Zuo, M. Kim, M. O''Keeffe and J. C. H. Spence, NATURE 401(1999)
    [9] W. Schäfer, A. Kirfel, Appl. Phys. A 74, (2002)
    [10] R. Mittal, S. L. Chaplot, S. K. Mishra, and Preyoshi P. Bose,PHYSICAL REVIEW B 75, 174303 (2007)
    [11] Yinhai Wang, Jingjing Yang, Changhui Ye, Xiaosheng Fang andLide Zhang, Nanotechnology 15 1437–1440, (2004)
    [12] 以中子粉末繞射分析晶體結構,楊仲準、王進威 物理雙月刊三十卷一期 (2008)
    第四章
    [1] 吳勝允、李文獻 物理雙月刊 二十八卷五期 (2006)
    [2] V. Sahni, and K.-P. Bohnen, Phys. Rev. B 29, 1045 (1984)
    [3] Manoj K. Harbola, and Viraht Sahni, Phys. Rev. B .37, 745 (1988)
    [4] V. Sahni, and K.-P. Bohnen, Phys. Rev. B 31, 7651 (1985)
    [5] Nguyen Hoa Hong, Joe Sakai, Nathalie Poirot, and Virginie Brizé,Phys. Rev. B 73, 132404 (2006)
    [6] 磁性物理學,近角聰信,張煦、李學養 合譯 (1981)
    [7] 顆粒間交互作用對奈米金自發磁性之影響,郭彥廷 國立中央大學碩士論文(2008)

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