Formation and Shape Control of Tin Oxide Nanocrytals BFormation and Shape Control of Tin Oxide Nanocrytals Based on Reaciton Atmospheres in The Thermal Decomposased on Reaciton Atmospheres in The Thermal Decompos

ition Processes : by atmospheres effectition Processes : by atmospheres effect

研 究 生 研 究 生 : : 胡品婕胡品婕

日期日期 :2007/12/01:2007/12/01

在氣氛影響下以熱裂解法對氧化錫結構及型態控制

摘要摘要本研究以氧化錫與長鏈有機酸製備出油酸錫化合物本研究以氧化錫與長鏈有機酸製備出油酸錫化合物 ,, 在不同氣氛在不同氣氛下利用熱裂解法快速合成不同型態之 下利用熱裂解法快速合成不同型態之 SnO SnO 與 與 SnOSnO2 2 微奈米粒子微奈米粒子與產物鑑定。與產物鑑定。

研究中發現氣氛為影響不同型態的重要因素 研究中發現氣氛為影響不同型態的重要因素 : : (a) (a) 在氮氣下在氮氣下 ,, 其產物為完整的十面體其產物為完整的十面體 (b)(b) 若於空氣下若於空氣下 ,, 產物則為有秩序排列的板塊產物則為有秩序排列的板塊 (c)(c) 空氣下長時間反應空氣下長時間反應 ,, 其相變為其相變為 SnOSnO22奈米粒子奈米粒子 結果發現結果發現 ,, 在空氣環境因素下在空氣環境因素下 ,, 會阻礙粒子的成核成長及相變化。會阻礙粒子的成核成長及相變化。

產物之鑑定以產物之鑑定以 XX 光粉末繞射儀光粉末繞射儀 (XRD)(XRD) 、掃描式電子顯微鏡 、掃描式電子顯微鏡 (SEM)(SEM) 、、高解析穿透式電子顯微鏡 高解析穿透式電子顯微鏡 (HR-TEM)(HR-TEM) 及可見光及可見光 -- 紫外光光譜儀 紫外光光譜儀 (UV-Vis) (UV-Vis) 。。

前言前言近年來，藉著向下縮減近年來，藉著向下縮減 (Top down)(Top down) 與向上組裝與向上組裝 (Bottom up)(Bottom up) 兩兩個主要製作技術，目前物理學家都以個主要製作技術，目前物理學家都以 Top downTop down 的方式來製作的方式來製作 ,,但它有很大的限制但它有很大的限制 ,, 一是目前能達到的尺度大約只能到一是目前能達到的尺度大約只能到 100nm,100nm,另一是很難作出三維的結構。以另一是很難作出三維的結構。以 Bottom upBottom up 的方法，由分子逐的方法，由分子逐步建構到奈米尺度的結構，這方面有進步的空間。現今的奈米步建構到奈米尺度的結構，這方面有進步的空間。現今的奈米技術跳脫了傳統的單調製程技術演進過程，邁入了要知道如何技術跳脫了傳統的單調製程技術演進過程，邁入了要知道如何操控與講求精確的需求。操控與講求精確的需求。

錫是一種熱及電的良導體為易延展柔軟的金屬錫是一種熱及電的良導體為易延展柔軟的金屬 ,, 原子價原子價 22 或或 4 ,4 ,屬於兩性元素金屬屬於兩性元素金屬 ,, 導電性良好。導電性良好。

最近 最近 ,SnO ,SnO 的應用可作為的應用可作為 PP 型半導體型半導體 , , 可再充電的鋰電池可再充電的鋰電池 ,,存貯太陽能存貯太陽能 ,,和有機合成。而和有機合成。而 SnOSnO片可作為陽極太陽能材料、片可作為陽極太陽能材料、存貯和催化。但存貯和催化。但 ,SnO,SnO對對 SnSn 、、 SnSn33OO4 4 和和 SnOSnO22是一個易變的中間是一個易變的中間體。體。

藥品藥品

Powder: Powder:

SnO SnO

Solvent: Solvent:

Oleic acid (OA) COleic acid (OA) C1717HH3333COOHCOOH

Tri-n-octylamin (TOA) Tri-n-octylamin (TOA) ［［ CHCH33(CH(CH22))77］］ 33NN

tetragonal

Precusor : Sn(oleate)Precusor : Sn(oleate)22 complex complexSnO (1mmol) + OA (2mmol)SnO (1mmol) + OA (2mmol) at 250 for clear solution ℃at 250 for clear solution ℃ Sn(CSn(C1717HH3434COO)COO)22

產物鑑定

理論值 SnO2 / Sn(C18H35COO)2 = 150.708/685.648 = 0.219*100% = 22%

=C-H stretching of OA

Sn(oleate)Sn(oleate)22 + Tri-n-octylamin + Tri-n-octylamin at 340 ℃at 340 ℃ SnO , SnOSnO , SnO22

6 μm * 6μm *100 nm 5 nm

(a) Under N2 (b) Under Air (c ) Under Air ( long time )

約 4 * 4 * 5 μm

(101)

(001)(110) (200)(112) (211)

(202)(103)

SnO JCPDS 06-0395

(110) (101)

(200)

(211) SnO2 JCPDS 41-1445

(a)

(b)

(c)

SnO decahedral - Ostwald RipeningSnO decahedral - Ostwald Ripening

Under NUnder N22 Sn(oleate)Sn(oleate)22 + Tri-n-octylamin + Tri-n-octylamin at 340 ℃at 340 ℃ SnO decahedral

12 min

約 3 * 3 * 4μm

1hr

約 4 * 4 * 5 μm

3hr

5.5 μm * 5.5 μm * 10 μm

(101)

(001)(110)(002) (200)(112) (211)

(202)(103)

SnO JCPDS 06-0395

Sn JCPDS 04-0673

[001][110]

[100]

[010]

未來研究計畫未來研究計畫

合成不同型態二氧化錫奈米粒子並探討其性質合成不同型態二氧化錫奈米粒子並探討其性質

研究目的研究目的SnOSnO22 常用在透明導電性電極、氣體感測器、電致變色設備、常用在透明導電性電極、氣體感測器、電致變色設備、電池陽極材料等。氣體感測器電池陽極材料等。氣體感測器而被廣泛應用於各種有毒有害而被廣泛應用於各種有毒有害氣體、可燃氣體、工業廢氣、環境污染氣體的檢測。氣體、可燃氣體、工業廢氣、環境污染氣體的檢測。

Davis S.R. Davis S.R. 利用溶膠利用溶膠 --凝膠法製備凝膠法製備 SnOSnO22和摻雜和摻雜 CuCu22++、、 FeFe33++的的 SnOSnO22奈米粒子，研究在空氣中這些材料對一氧化碳的響應奈米粒子，研究在空氣中這些材料對一氧化碳的響應以及與燒結溫度的關係，結論為：材料對一氧化碳的靈敏度以及與燒結溫度的關係，結論為：材料對一氧化碳的靈敏度隨著晶粒的增大而減小；添加金屬陽離子會阻礙晶體生長。隨著晶粒的增大而減小；添加金屬陽離子會阻礙晶體生長。

美國製造出一種二氧化錫美國製造出一種二氧化錫 (SnO(SnO22)) 奈米線感應器，將奈米線轉奈米線感應器，將奈米線轉變成變成 pp 型的氧化錫型的氧化錫 (SnO)(SnO) ，最後再變成，最後再變成 nn 型的二氧化錫。得型的二氧化錫。得到的奈米線直徑約到的奈米線直徑約 60 nm60 nm ，由於尺寸夠小，整條奈米線的電，由於尺寸夠小，整條奈米線的電子結構會因氧化或還原吸附氣體而改變。子結構會因氧化或還原吸附氣體而改變。

研究方法研究方法

以熱烈解法 以熱烈解法 (Thermail decomposition synthesis) (Thermail decomposition synthesis) 製備奈製備奈米粒子有易於製備均勻分布地油相膠體粒子之優點米粒子有易於製備均勻分布地油相膠體粒子之優點 ,, 其利用其利用有機或無機前驅物將其溶解於高溫溶劑中有機或無機前驅物將其溶解於高溫溶劑中 ,, 再添加成核促使再添加成核促使劑利用高溫促使鍵結斷裂而析出所要之產物相劑利用高溫促使鍵結斷裂而析出所要之產物相 ,, 再利用界面再利用界面活性劑來保護生成之奈米粒子。活性劑來保護生成之奈米粒子。

進而依不同界面活性劑對成長速率的影響形成均勻分布之奈進而依不同界面活性劑對成長速率的影響形成均勻分布之奈米粒子、奈米線、中空的三維奈米粒子。米粒子、奈米線、中空的三維奈米粒子。

產物之鑑定以產物之鑑定以 XX 光粉末繞射儀光粉末繞射儀 (XRD)(XRD) 、掃描式電子顯微鏡 、掃描式電子顯微鏡 (S(SEM)EM) 、高解析穿透式電子顯微鏡 、高解析穿透式電子顯微鏡 (HR-TEM)(HR-TEM) 及可見光及可見光 -- 紫外光紫外光光譜儀 光譜儀 (UV-Vis) (UV-Vis) 、反射式螢光光譜儀、反射式螢光光譜儀 (PL)(PL) 、比表面積分、比表面積分析儀（析儀（ BET）、）、阻抗分析儀。

預期成果預期成果

Sn(oleate)2

Kirkendall effect

Oriented attachment