發展國際一流大學及頂尖研究中心計劃

國立成功大學「發展國際一流大學及頂尖研究中心計畫」

  延攬優秀人才工作報告表

NCKU Project of Promoting Academic Excellence & Developing World Class Research Centers

Work Report Form for Distinguished Scholars

□續聘

離職

Name of the Employee 黃禮勝 男 女

Male Female

Period of聘　期 Employment

From 99 年(y) 11 月(m) 30 日(d) to 100 年(y) 3 月(m) 31 日(d) 研究或教學或科技研發與

管理計畫名稱 The project title of research,

teaching, technology development and management

發展國際一流大學及頂尖研究中心 計劃

計畫主持人

（申請單位主管）

Project Investigator (Head of Department/Center)

田聰

補助延聘編號

Grant Number

HUA 99 - 22T - 2 - 257

一、

（由受聘人填寫）

Please summarize the entire research, teaching, or science and technology R&D and management work process (To be completed by the employee)

本人在頂尖計畫支持和田聰教授指導下所開展的主要研究有以下幾個方面：首先開展的是奈米材料的生 長裝置設計及奈米結構生長機理研究；接著進行的是水熱法合成鎳的化合物及其比熱和磁性研究；最後是金 屬量子點陣列及金屬奈米線陣列的製備及其表面等離激元和超導性質研究。

第一部分：奈米材料的生長裝置設計及奈米結構的生長機理研究 一維奈米結構是奈米光電子學的基本 構建單元，而可控生長是關鍵一步。依據本人多年來在奈米材料的生長控制方面的思考，結合成大物理系低 溫實驗室的條件，我設計了一套高真空小型生長腔的CVD 系統。該生長裝置體現的優點有：恒溫性好，襯底 變溫回應快，氣流輸運平穩，較高的真空度，源和氣流的計量準確，源使用量節約，生長室清洗方便等。該系 統對生長氣源採用導流定向，對冗餘氣源進行低溫腔壁收集，對生長襯底採用高靈敏度的溫控系統，在空間 均可實行連續溫區調節。系統的加熱可以用小型陶瓷加熱管套進行，也可以採用氫氧焰快速加熱。該生長系 統可以引入激發光源對生長於襯底上的奈米結構實施生長干擾和控制，可以對生長樣本採用急速冷凍，可以 及時對生長樣本的狀態採樣。對蒸發源發生裝置採用電子式精密計量，實現高靈敏度加熱回饋。利用本套系 統，我們製備了多種氧化物奈米結構，再以詳實的實驗數據為基礎，我們較系統地分析了一維奈米結構生長 中的相介面和生長機理以及生長形態的演化，提出了控制生長的路線。具體而言：1，揭示了 VS 模式下成核 和生長機制，確證了鄰位面生長機制、二維成核機制和各種臺階生長機制，如螺位錯機制、層錯機制、孿晶 機制等。2，驗證了固相擴散的生長模式，實質為應力伴隨的以缺陷和晶界擴散輸運的生長。 3，研究了在催 化生長中 VLS 模式中的介面，揭示了介面轉化現象，研究了 VSS 生長及 VLS-VS 聯合生長過程。4，成功進 行了動力學參數調控的生長設計，實現了二次分級生長。5，研究了准一維納米結構形態演化機理，實證了介 面動力學規律。我們還研究了一維納米結構的結構與性能的關聯。這些基礎性的研究結果能為一維納米結構 可控生長及應用提供指導。該部分相關研究成果應 邀編寫到俄羅斯科學院 Nikolai Kolesnikov 博士主編的

Crystal Growth 一書（ISBN 979-953-307-046-8 ，章節名: One-Dimensional Nanostructures: the Growth and the

Interfaces），將於年內出版。

我們設計該套生長系統的主要研究目的是想實現奈米結構的生長控制和生長過程的原位觀察。結合我們後 續開展的用MBE 製備貴金屬奈米催化劑顆粒陣列的工作，該系統正在開展的後續研究是金屬納米催化劑表面 等離激元對VLS 生長模式的影響，期待會有可喜的結果出現。

第二部分：反鐵磁性奈米顆粒合成及磁性分析 相對于鐵磁性奈米顆粒的磁性研究，反鐵磁材料的奈米 磁性研究相對較少，近來的實驗發現它們具有一些反常的磁學特性。我們利用高壓水熱的合成經驗，以烏洛托 品或尿素為沉澱劑，在Ni²⁺ - NH3 - CO2 - H2O 反應體系中，控制合成了過渡金屬鎳的化合物，如不同結晶相的 奈米Ni(OH)2 和 Ni(HCO3)2等。再具體地單因素考察各種工藝參數對產物物性的影響，即通過改變溫度、反應 時間、反應物摩爾比等實驗條件，基於SEM、HRTEM、XRD、IR、SQUID VSM 和比熱測定等方法，來研究 Ni(OH)₂ 和 Ni(HCO3)2奈米晶體的結構及磁學性質。我們發現在以烏洛托品為沉澱劑的反應體系裡，溫度是影 響最終產物的形貌和晶體相態的決定性因素。通過烏洛托品將非晶Ni(OH)2轉化成立方相Ni(HCO3)2需要相對 高溫和相對長反應時間才能進行。在以尿素為沉澱劑的反應體系裡，反應物mol 比是影響最終產物形貌和晶體 相態的決定性因素。通過尿素將非晶Ni(OH)2轉化成立方相Ni(HCO3)2需要反應物mol 比高於4。這些發現均未 見他人報導。此外，我們通過使用乙醇溶劑，使用不同的鎳鹽，改變加熱方式，用NaHCO3為沉澱劑等，來研 究Ni(OH)2的形貌變化，並對不同條件下合成的Ni(OH)2，NiO 和 Ni(HCO3)2的BET 比表面積，BHJ 吸附平均 孔直徑進行研究，並研究了奈米粒子的大小及結晶度對磁性的影響。

利用低溫實驗室先進的磁性及低溫比熱測試條件，我們對比研究了大量的樣本。主要的測試涉及M-T,M-H, 比熱和交流磁化率等。結果表明不同合成方案合成的不同粒徑的奈米Ni(HCO3)2顆粒在低溫下均顯示很弱的鐵 磁性，但以尿素為沉澱劑通過非晶轉化合成出的奈米Ni(HCO3)2方塊顯示出交換偏置效應，且受所加的冷卻場 值影響明顯。其機理根源于奈米方塊表面的自旋玻璃態同內核的反鐵磁耦合。以尿素和烏洛托品為沉澱劑，分 不同方案合成的 Ni(OH)2樣本均呈相，但其c軸向的鐵磁層層間距不一樣，該間距值進一步影響了產物的磁 性相變點。尿素合成的產物在低溫下呈現鐵磁性，且矯頑力大於烏洛托品合成的產物值。該磁性的來源經分析 解釋為：隨著c軸層間距的增大，其層間反鐵磁性耦合減弱，因而層內鐵磁性外現。實驗所合成的型Ni(OH)2

奈米顆粒則顯示明顯的反鐵磁性，該產物在加場的比熱測試和加高外場冷卻的M-T實驗中發現有相變特性。隨 著外場增大，其磁性由原本的鐵磁性向反鐵磁性轉變，且有相變潛熱。其機理解釋為：層間的反鐵磁排列在外 場作用下發生翻轉，當外場達到一定值，層間耦合變為徹底的鐵磁耦合。利用這些合成產物進行氧化氣氛下的 退火，我們還製備有不同粒徑的NiO奈米粉末，而由缺陷所導致的新穎磁性變化也在實驗上發現。上述的研究 結果正在撰寫為多篇論文，分別是：1，Synthesis and nano-size effects in the magnetic properties of Ni(HCO3)2

nanoparticles; 2, Magnetic properties and heat capacities of layered -Ni(OH)2 nanostructures; 3, Magnetic properties of -Ni(OH)2 nanoparticles synthesized through a micro-wave method; 4, Controlled fabrication and property studies of -Ni(OH)2 by urea hydrosynth; 5, Impact of annealing on magnetic and structural faults in NiO nanoparticles 。 其 中論文1已經審稿，處於修改狀態。

第三部分：金屬量子點陣列和金屬奈米線陣列的製備及其表面等離激元和超導性質研究 利用物理系 MBE 實驗室的條件，本人帶領兩位碩士生開展了貴金屬薄膜的製備，用MBE 及自建的氣相生長系統分別生 長了 Pt，Pt/Fe，Au 和 Sn 等金屬的奈米薄膜。在實驗中我們發現氧化鋁襯底的取向對金屬薄膜退火後的結晶情 況影響顯著，這讓我們找到了一種用物理方法快速製備金屬量子點陣列的好方法。相關方案在完善中，準備申 請發明專利。利用熱退火產生的張力效應製備量子點陣列時還可以通過熟化效應得到大小均勻的金屬量子點，

這種方案相信是大有前途的。我們正在進行的研究是利用該方案提供的金屬量子點陣列作催化奈米線生長的基 底，以及研究表面等離子激元的耦合效應和分立量子點的超導性。與此手段對應的另一研究方案也同時開展 了，本人採用簡單的模具為奈米磁性實驗室設計了一套製備氧化鋁奈米孔洞模板的方案，結合實驗室的電化 學工作站可以製備出不同孔洞直徑的奈米陣列，在此孔洞陣列中電鍍不同的金屬形成奈米線陣列，可以進一 步研究表面等離子激元的耦合效應，也可以考察一維金屬奈米線的超導相變。目前我同幾位研究生在努力開展 這些後續的研究工作。這些研究既有製備手段的創新也有物性研究的新發現，是繼上述兩部分工作後的主要研 究方向。基於已經獲得的研究基礎，我將在南京工業大學的實驗室完善實驗製備工作，物性研究集中在成大的 實驗室進行，整體研究方案預定在一年內全部完成。

二、

由計畫主持人或單位主管填寫

Please evaluate the performance of research, teaching or science and technology R&D and management Work: ( To be completed by Project Investigator or Head of Department/Center)

(1)是否達到延攬預期目標？

Has the expected goal of recruitment been achieved?

(2)研究或教學或科技研發與管理的方法、專業知識及進度如何？

What are the methods, professional knowledge, and progress of the research, teaching, or R&D and management work?

(3)受延攬人之研究或教學或科技研發與管理成果對該計畫(或貴單位)助益如何？

How have the research, teaching, or R&D and management results of the employed person given benefit to the project (or your unit)?

(4)受延攬人於補助期間對貴單位或國內相關學術科技領域助益如何？

How has the employed person, during his or her term of employment, benefited your unit or the relevant domestic academic field?

(5)具體工作績效或研究或教學或科技研發與管理成果：

Please describe the specific work performance, or the results of research, teaching, or R&D and management work:

(6)

是否續聘受聘人?

□續聘

□不續聘

※ 此報告表篇幅以三～四頁為原則。This report form should be limited to 3-4 pages in principle.

※ 此表格可上頂尖大學網頁/辦法、表格下載/綜合業務組下載。

This report form can be downloaded in http://www.ncku.edu.tw/~top/top_web/C/lawcom.HTM