4-1-1 添加直徑 10-30nm 的多壁奈米碳管
首先選用了直徑為10-30nm 的多壁奈米碳管，碳管的生成方式則是化學氣相沈積 法(chemical-vapor deposition, CVD)，奈米碳管以 0.05%重量百分濃度來調配。電鍍時 通入的電流為0.010~0.015A，電鍍完成的電極試片使用恆電位儀進行循環伏安法得到 CV 曲線圖。接著將試片烘乾並量取其電鍍後之重量，在與電鍍前的重量相減，即得 到其鍍層重量。
當奈米碳管直徑為10-30nm 的時候，由 CV 曲線【圖 4-1】可以得知，其電容量 會隨著沈積時間的增加而向上提升。曲線圖中面績越大的表示其電容量越高，而從圖 中發現，隨著時間的增長，其CV 曲線圖的面積就越大，這是因為基材表面上附著的 奈米碳管與氧化釕將會隨沈積時間而越來越多，使電容量隨之增大。
透過計算後，此奈米碳管電容量隨時間增加而提升，其單位面積電容量如【圖 4-2】所示，在 5 分鐘的時候電容量為 0.073 F/cm2，10 分鐘的時候電容量為 0.182 F/cm2，15 分鐘的時候電容量為 0.203 F/cm2，30 分鐘的時候電容量為 0.228 F/cm2， 60 分鐘的時候電容量為 0.264 F/cm2 。電容量的趨勢維持著隨時間的增加而向上提 升。而每克平均電容量如【圖4-3】所示，在 5 分鐘的時候為 252.8 F/g，10 分鐘的時 候為271.3 F/g，15 分鐘的時候為 405.6 F/g，30 分鐘的時候為 452.4 F/g，60 分鐘的時 候為530.4 F/g。電容量趨勢亦隨著時間的增加而上升，在 5~10 分中的時候鍍層批覆 率較低，所以兩者電容量都不高，在15 分鐘以後變有較明顯的提升，最後在 60 分鐘 的時候電容量達到最高。
4-1-2 添加直徑 30-50nm 的多壁奈米碳管
接著吾人選用直徑30-50nm 的多壁奈米碳管進行實驗，碳管的生成方式則是化學 氣相沈積法(CVD)，奈米碳管一樣以 0.05%重量百分濃度的比例加入鍍液進行調配，
然後以陰極沈積法進行電鍍，通入的電流為 0.010~0.015A，沈積時間為 5 分鐘、10
容量值。
將數據整理後發現，當奈米碳管直徑為 30-50nm的時候，由CV曲線【圖 4-4】可 以得知，其電容量如直徑30-50nm的多壁奈米碳管一樣會隨著沈積時間的增加而向上 提升。電容量隨著沈積時間增加面積跟著提升。此奈米碳管電容量隨時間增加而提 升，其單位面積電容量如【圖4-5】所示，在 5 分鐘的時候電容量為 0.122 F/cm2，10 分鐘的時候電容量為0.140 F/cm2，15 分鐘的時候電容量為 0.441 F/cm2，30 分鐘的時 候電容量為0.494 F/cm2，60 分鐘的時候電容量為 0.600 F/cm2 。表示此種碳管單位面 積電容量隨著時間的增加而上升。而其每克平均電容量如圖4-6 所示，在 5 分鐘的時 候為209.8 F/g，10 分鐘的時候為 217.2 F/g，15 分鐘的時候為 339.0 F/g，30 分鐘的時 候為448.8 F/g，60 分鐘的時候為 425.9 F/g。在這邊我們發現平均克重電容量沒有隨 時間的上昇而增加，在60 分中的時候其電容量反而往下降，但是平均面積電容量時 並沒有此情況，其原因推測為鍍層的重量，隨著時間的上昇，沈積在鈦片基材上的碳 管越來越多。但是由於此種碳管直徑較大、層數較多，相對重量也比較高，所以當沈 積時間久了，沈積的重量相對增加不少，再加上由於直徑較大，鍍層結構相對於直徑 較小的奈米碳管所沈積的試片來說較為鬆散，使鍍層較容易受到液體流動的力量牽引 而脫離，連帶讓附著的氧化釕減少。
4-2 多壁奈米碳管鍍層結構觀察
除了檢測電容量以外，吾人也對鍍層結構進行觀察，確認超電容電極的沈積結 構，利用掃瞄式電子顯微鏡(SEM)可以進行微小的鍍層結構觀察。由【圖 4-7 (a)】中 可以發現，在五分鐘的時候基材表面上沈積物不多，且主要是以氧化釕為主，碳管的 含量不多，且大多都被釕所覆蓋。【圖4-7 (b)】則是從【圖 4-7 (a)】放大為 50K 進行 觀察，由於沈積時間太短所以碳管比較難披覆上去，所以加長了沈積的時間來進行比 較。隨著沈積時間的增加，在試片上可以觀察到的沈積物也越來越多如【圖4-8】到
【4-11】，從圖中發現其大部分的沈積物都是團聚的狀態居多，可以比較明顯的看到
管狀的奈米碳管沈積在上方，而且隨著時間增加使鍍層增厚，表示碳管堆疊的量越來 越多，氧化釕所附著的量就跟著上升，因而達到電容量上升的效果。但是因為鍍層隨 時間增加持續的披覆上去，會因此讓鍍層過於厚重，使得早期沈積的部份無法有效反 應形成廢重，使單位克重電容量不增反減。
4-3 奈米碳管直徑差異對超電容電極之影響
從以上數據得知，利用陰極沈積法製備超電容電極，上述兩種電容量的趨勢大致 與直徑為10nm 以下的多壁奈米碳管相同，電容量隨著沈積時間的成長而增加【92】，
但是相對於直徑為10nm 以下的多壁奈米碳管之電容量以最高的數據比較後發現直徑 為10-30nm 的多壁奈米碳管相差了 188.4 F/g。與直徑為 10nm-30nm 的多壁奈米碳管 效能相差了270 F/g，推測其可能原因其之一為直徑較厚的時候，奈米碳管的比表面 積將會隨著直徑增加而縮小【93】，導致氧化釕因為碳管可披覆面積下降，使鍍層上 氧化釕沈積的數量跟著減少，所以直徑越大的多壁奈米碳管，其電容量越低。
其原因之二則為碳管的直徑影響本身性質。根據文獻顯示奈米碳管製備的元件主 要的電阻來自於接觸電阻，當碳管與電極接觸的面積越大時電阻值就會越小【94】，
直徑較大的奈米碳管與電極接觸的面積相對較小，接觸電阻值就會比較高。同時亦有 文獻指出，奈米碳管的接觸電阻的改變可以從直徑變化分析出來，當奈米碳管的直徑 越大時其電子的傳輸效能越差，電阻就會上升【95】，因此形成直徑小的奈米碳管所 製備之超電容電極，其所測量到的電容量數值高於直徑較大的奈米碳管所製備之超電 容電極所測量到的數據。
此外碳管直徑增加使得鍍層重量提升，而單位電容量沒有相應的成長，反而使平 均克重電容量下降，當直徑為30-50nm 的多壁奈米碳管從 5 分鐘到 60 分鐘沈積的單 位面積電容量雖然高出直徑為10-30nm 的多壁奈米碳管，不過電鍍後增加的重量相當 的多，扣除掉電鍍前試片重量後，在平均克重下的電容量就會受到重量影響下降許 多，甚至使沈積時間60 分鐘下的電容量低於 30 分鐘的沈積時間。
4-4 單壁奈米碳管之超電容電極製備
在比較過多壁奈米碳管以後，本計畫接著改利用單壁奈米碳管進行實驗，目的 在於確認利用單壁奈米碳管製備的超電容電極，相對於多壁奈米碳管所製備的超電容 電極，兩者之間有無差異。並選擇不同生成方式的單壁奈米碳管比較碳管不同生成方 式對電容量有無影響
4-4-1 添加化學氣相沈積法生成之單壁奈米碳管
本部份比照前小節的實驗流程，由本實驗室過去研究成果得到當直徑為10nm 以 下的時候，其與釕搭配進行超電容電極的製備所得到的電容量最佳，所以在此也選用 了直徑為10nm 以下的單壁奈米碳管。以 0.05%重量百分濃度調配電鍍液後，依照 5 分鐘、10 分鐘、15 分鐘、30 分鐘、以及 60 分鐘來進行陰極沈積製作超電容電極，
沈積完成的電極亦透過恆電位儀進行循環伏安法來檢測電容量。
首先添加直徑為1-2nm 單壁奈米碳管製作超電容電極，碳管的生成方式則是化學 氣相沈積法(CVD)，沈積時間由 5 分鐘到 60 分鐘，製備完成的超電容電極 CV 曲線 如【圖4-12】所示，其中可以發現單壁奈米碳管的電容量與多壁奈米碳管電容量數據 的情況相同，皆是隨著沈積時間的增加，其CV 曲線的面積也隨之增加，表示電容量 也隨著沈積時間的增加而有所提升。
透過計算後，此單壁奈米碳管電容量其單位面積電容量如【圖 4-13】所示，在 5 分鐘的時候電容量為0.056 F/cm2，10 分鐘的時候電容量為 0.066 F/cm2，15 分鐘的時 候電容量為0.147 F/cm2，30 分鐘的時候電容量為 0.351 F/cm2，60 分鐘的時候電容量 為0.525 F/cm2 。單位面積電容量隨著沈積時間的增加而上升。而其每克平均電容量 如【圖4-14】所示，在 5 分鐘的時候為 258.1 F/g，10 分鐘的時候為 323.1 F/g，15 分 鐘的時候為342.8 F/g，30 分鐘的時候為 403.1 F/g，60 分鐘的時候為 372.7 F/g。
其中60 分鐘沈積時間雖然鍍層沈積了不少在基材上，但是利用循環伏安測試計 算出來的電容量卻不夠高，所以在計算單位克重電容量之後反而降低。可能原因為附
著在上面的氧化釕以及釕並不足夠多，因為此種單壁奈米碳管的表面殘留了較多的催 化劑物質，再加上單壁奈米碳管具有自組織性，容易互相牽引以管束狀態存在，影響 了氧化釕的附著沈積，所以當沈積時間增加到一定程度以後，氧化釕與碳管的沈積比 例影響了電容量與鍍層重量，使得整體電容量不增反減。
4-4-2 添加電弧放電法生成之單壁奈米碳管
除了一般普遍利用的化學氣相沈積法製備的奈米碳管以外，挑選了一種以電弧放 電法(arc-discharge method)生成的單壁奈米碳管(SIGMA-ALDRICH, 519308)進行比 較。電弧放電法所生成的奈米碳管結構性良好、品質較高，因為其成長會沿著電極成 長，所以管壁比較完整不易彎曲捲繞，化學氣相沈積法生成的碳管表面結構較差，表 層也常包裹一層非結晶形碳，缺陷比較多，所以使用電弧放電法製備的單壁奈米碳管 制做超電容電極，效果應該會較佳。
利用直徑為1.2-1.5nm 單壁奈米碳管製作超電容電極，碳管的生成方式為電弧放 電法，沈積時間同樣由5 分鐘到 60 分鐘。製作完成的電極一樣利用恆電位儀進行循 環伏安充放電流程，量測出來的CV 曲線如【圖 4-15】所示，它的電容量與前面幾種 碳管沈積的情況也是相同，皆隨著時間的增加，CV 曲線的面積也隨之增加，電容量 隨著沈積時間的增加而有所提升。
整理計算數據以後，此種單壁奈米碳管電容量的單位面積電容量如【圖 4-16】所 示，在5 分鐘的時候電容量為 0.081 F/cm2，10 分鐘的時候電容量為 0.191 F/cm2，15 分鐘的時候電容量為0.216 F/cm2，30 分鐘的時候電容量為 0.435 F/cm2，60 分鐘的時 候電容量為0.761 F/cm2 。單位面積電容量隨著時間的增加而上升，與前面的單壁奈 米碳管的電容量數據情況相同。而其每克平均電容量如【圖4-17】所示，在 5 分鐘的 時候為255.9 F/g，10 分鐘的時候為 307.1 F/g，15 分鐘的時候為 372.3 F/g，30 分鐘的 時候為472.9 F/g，60 分鐘的時候為 556.7 F/g。平均克重電容量亦隨著沈積時間的增 加而上升，所以在60 分鐘的時候可以達到 556.7 F/g。