二氧化鈦奈米管微結構組織分析

本實驗利用陽極氧化處理制備二氧化鈦奈米管陣列薄膜，電解液為 NH4F + H2O + EG，工作環境以循環冰水機控制在 10 ℃，利用不同的反應 電壓大小來控制二氧化鈦奈米管孔徑；利用不同的反應時間來控制二氧化 鈦奈米管長度，以 4 hr ~ 8 hr 之反應時間進行反應，所形成之奈米管管長 為8.5 μm ~ 17 μm，並比較脫膜前後奈米管長度是否受到脫膜之影響。

4.1.1 控制反應電壓之奈米管孔徑比較

嘗試改變陽極氧化處理時其反應電壓，以 50 V ~ 90 V 之電壓，每種反 應間隔 10 V 之電壓進行反應，比較其奈米管孔徑之差異性，而此實驗所形 成之奈米管孔徑為 80 nm ~ 185 nm，不同電壓之孔徑數據如表 4.1，而圖 4.1 為各個電壓值下二氧化鈦奈米管產物之 SEM 影像。

藉由結果可以得知每 10 V 電壓的上升，約有 20 nm~30 nm 的孔徑增 加，其中有鑒於奈米材料之尺度規範，歐盟委員會則將奈米材料定義為一 種由基本顆粒組成的粉狀或團塊狀天然或人工材料，這一基本顆粒的一個 或多個三維尺寸在 1 nm 至 100 nm 之間，因此後續實驗將會將反應電壓定 為 60 V 以維持孔徑在 100 nm 的尺度下。

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表 4.1 不同施加反應電壓之二氧化鈦奈米管孔徑

電壓 50 V 60 V 70 V 80 V 90 V 孔徑 80 nm 104 nm 122 nm 155 nm 185 nm

(a) 50V (b) 60V

(c) 70V (d) 80V

(e) 90V

圖 4.1 各反應電壓之正面 SEM 影像：

(a) 50V；(b) 60V；(c) 70V；(d) 80V；(e) 90V

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4.1.2 控制反應時間之奈米管管長之比較

嘗試改變陽極氧化處理時其反應時間，固定電壓為 60 V，改變參數為 4 hr ~ 10 hr 之反應時間，反應間隔 2 hr 之反應時間進行變化，比較其奈米 管管長之差異性，而此實驗所形成之奈米管管長為8.5 μm ~ 17 μm，不同 反應時間之管長數據如表 4.2，而圖 4.2 為各時間長度下產物之 SEM 影像。

藉由結果可以得知反應時間越長，二氧化鈦奈米管管長越長，又根據 文獻，較長的奈米管管長會有較多的染料吸附面積並得到較佳之光電轉換 效率，然而在進行 10 hr 以上之反應實驗時其鈦片表面會產生崩落，故後 續實驗會以 8hr 作為固定反應時間之參數。

表 4.2 不同電壓施加時間之二氧化鈦奈米管管長

反應時間 4 hr 6 hr 8 hr 10 hr 奈米管管長 8.575 15.41 17.06 崩落

(a) 4 hr (b) 6 hr

(c) 8 hr (d) 10 hr 圖 4.2 各反應時間之側面 SEM 影像：

(a) 4 hr；(b) 6 hr；(c) 8 hr；(d) 10 hr

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4.1.3 脫膜前後側面形貌之比較

有鑑於正向照光製程會將二氧化鈦奈米管薄膜脫落轉移，為了確保比 較脫膜前後奈米管長度是否受到脫膜之影響，將脫膜過後的二氧化鈦薄膜 與脫膜之前之狀態比較，藉由確認二氧化鈦奈米管側面 SEM 影像來比較 脫膜後二氧化鈦薄膜奈米管管長是否會受到影響，其脫膜前後管長數值如 表 4.3 所示，SEM 側面影像如圖 4.3 所示。

此次比較以 60 V 之電壓、6 hr 之反應時間作為比較的固定參數，可以 看到脫膜前之二氧化鈦奈米管薄膜厚度為15.41 μm，脫膜後之二氧化鈦奈 米管薄膜厚度為 15.23 μm，兩者之間管長差異僅約 1%，可將其視為薄膜 量測過程時產生之誤差值，故在後續實驗將直接以未脫膜之奈米管管長做 為二氧化奈奈米管薄膜之厚度依據。

表 4.3 脫膜前後奈米管管長數據比較

狀態 脫膜前 脫膜後

管長 15.41 μm 15.23μm

(a) 脫膜前 (b) 脫膜後

圖 4.3 脫膜前後側面 SEM 影像：

(a) 脫膜前；(b) 脫膜後

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