介電泳操縱奈米碳管及其應用

自Yamamoto et al.使用介電泳排列奈米碳管以來，由於此方法可高度方向性地 排列奈米碳管，能夠控制奈米碳管排列的區域、沉積的數量、並且可搭配半導體 技術批次生產等優點，使其具有多種應用可行性，也成為操縱奈米碳管最受注目 之技術，同時使得奈米碳管的應用層面更進一步發展。

Chen et al.[35]製作指叉式電極，再將此電極浸入奈米碳管懸浮液中並且施加 交流電場於電極上進行介電泳，使奈米碳管沿著電場方向沉積排列於指叉式電極

間，並探討不同電壓及頻率所造成的影響，如圖1-23 所示。其實驗結果說明了奈 米碳管的沉積排列與電壓和頻率有相當大的關係，在施加 10Vp-p電壓與 5MHz 頻 率使奈米碳管具有較規則的排列。

圖1-23 Dai et al.發表在不同電壓和頻率介電泳時奈米碳管排列情形[35]

Chen et al.[36]利用介電泳的方式排列奈米碳管，藉由改變電極形狀、電極間 距、奈米碳管溶液濃度等三種方式，可以製作出薄膜狀的奈米碳管，成束的奈米 碳管束以及單一的奈米碳管，這三種方式可以使介電泳排列奈米碳管的技術多元 化，可簡單的應用在製程上，排列出所需要的形式，以符合所需的奈米碳管排列 方式。圖1-24 為奈米碳管不同型式的排列情形。

圖1-24 Chen et al.發表以介電泳排列三種不同奈米碳管型式[36]

Krupke et al.[37]利用介電泳分離不同導電特性的單壁奈米碳管。部分單壁奈米 碳管受介電泳力的影響被吸引至電極週圍，藉由拉曼光譜分析證實了被吸引至電 極上的為金屬性的單壁奈米碳管，而半導體性的奈米碳管則留在懸浮液中，進而 達成分離，圖1-25(a)與圖 1-25(b)分別為其實驗裝置的示意圖及實驗結果。

圖1-25 Krupke et al.發表以介電泳分離不同電性之奈米碳管[37]

Arnold et al.[38]利用介電泳純化奈米碳管。奈米碳管溶液經由幫浦流過純化裝 置後，受介電泳力吸引而沉積在電極之間，而雜質則隨著溶液流出，達到純化的 效果，圖1-26(a)與圖 1-26(b)為奈米碳管純化前與純化後之 SEM 圖。

(a)

(b)

圖1-26 Arnold et al.發表以介電泳純化奈米碳管[38]

Kim et al.[39]利用介電泳技術自組裝奈米碳管製作 AFM 探針。在金屬平板與 鍍有鋁(Al)薄膜的矽(Si)探針間產生不均勻的電場力，使單壁奈米碳管受介電泳力 影響組裝於探針的尖端，以此做為AFM 的掃描探針，使其相較於傳統探針具有更

(a)

(b)

高的解析度、較佳的掃描重現性、可掃描較深、增進側向解析度、不易斷針以及 耐磨耗等優點。其介電泳組裝過程與SEM 圖如圖 1-27(a)與圖 1-27(b)所示。

圖1-27 Kim et al.發表以介電泳製作 AFM 奈米碳管掃描探針[39]

Liu et al.[40]提出以介電泳的方法可以有效的沉積排列奈米碳管網路製作出良 好的濕度感測器(humidity sensor)。以此方式最大的優點就是奈米碳管沉積的數量 以及排列的區域可以掌握，而且幾乎全部的奈米碳管都是以橫跨電極的方式排 列，改善了前人製作的感測器中奈米碳管濃度高且隨意分佈、靈敏度不成線性、

反應時間以及恢復時間較長等缺點，使奈米碳管網路成為相當好的濕度感測材 (a)

(b)

料。圖1-28(a)與圖 1-28(b)為其實驗示意圖及奈米碳管網路 SEM 圖。

圖1-28 Liu n et al.發表以介電泳製作濕度感測器[40]

Suehiro et al.[41]利用介電泳的方式，主動地將奈米碳管自溶液中吸引至電極 上，使奈米碳管連結於電極的兩端上，藉由奈米碳管吸附氨氣造成導電性的變化，

(a)

(b)

而製成氣體感測器(gas sensor)。圖 1-29(a)與圖 1-29(b)分別為實驗架設示意圖與感 測器之SEM 圖。

圖1-29 Suehiro et al.發表以介電泳製作氣體感測器[41]

Li et al.[42]利 用 介 電 泳 技 術 組 裝 奈 米 碳 管 ， 製 作 奈 米 碳 管 場 效 電 晶 體 (field-effect transistor, FET)。藉由改變奈米碳管溶液濃度與介電泳時間，使奈米碳

(a)

(b)

管均勻地組裝於電極間，其高電流開關比以及良率，皆顯示了介電泳定位法是一 個非常有效的方式製作奈米碳場效電晶體。圖1-30(a)與圖 1-30(b)為實驗裝置與奈 米碳管組裝之AFM 圖。

圖1-30 Li et al.發表以介電泳製作場效電晶體[42]

Li et al.[43]結合介電泳以及半導體批次生產的方式，於微電極陣列上進行介電 (a)

(b)

泳，製作成熱感測器(thermal sensor)陣列，其實驗結果顯示以此方法組裝奈米碳管

製作而成的感測陣列可大幅地減少時間與金錢耗費，而其製作之良率更達 70%以

上。圖1-31(a)與圖 1-31(b)分別為其製作之微電極陣列與奈米碳管組裝於電極間之 SEM 圖。

圖1-31 Li et al.發表以介電泳製作熱感測器[43]

(a) (b)