學位論文
Permanent URI for this collectionhttp://rportal.lib.ntnu.edu.tw/handle/20.500.12235/73894
Browse
7 results
Search Results
Item 利用超快雷射製程製備石墨烯結構元件應用氣體偵測之研究(2022) 周承穎; Chou, Cheng-Ying本研究旨在利用超快雷射(Ultrafast laser)製程技術於石墨烯薄膜 (Graphene thin films)上製作電極與結構元件(Devices)，並將其應用於氣體偵測(Gas detection)，透過超快雷射製程成型薄膜表面與結構，進行製程參數的建置與分析，以利評估後續透過超快雷射製程於偵測元件的可行性。在超快雷射製程技術開發中，本研究採用超快雷射中波長為532 nm的皮秒雷射源(Picosecond laser source)，在較低的熱影響區(Low heat-affected zone)之製程機制條件下，以應用於薄膜結構元件上的製作。本研究利用超快雷射於石墨烯薄膜上製作間距2 mm的螺旋狀電極(Spiral electrode)與寬度和深度分別為22.43 m與12.48 m的指叉狀電極(Interdigitated electrode, IDE)元件，並且製作寬度和深度分別為25.81 m與15.24 m的微溝槽(Microgroove)結構元件。另一方面，本研究探討不同材料對氣體的偵測機制，包括石墨烯、氧化鋅奈米線(ZnO nanowires)以及還原氧化石墨烯(Reduced graphene oxide, rGO)；其中，利用螺旋狀電極搭配無線傳感模組(Wireless module)進行氣體偵測。此外，本研究會搭配水熱法(Hydrothermal method)和電紡絲法(Electrospinning method)的方式，在微溝槽與指叉狀電極上製作奈米線(或奈米纖維)，完成氣體偵測元件的研製。本研究結果顯示，利用超快雷射製程開發的氣體偵測元件，可實際應用在室溫下氣體偵測，包括偵測濃度5-150 ppm的一氧化碳(Carbon monoxide, CO)，以及偵測50-400 ppm的一氧化氮(Nitric oxide, NO)。Item 利用超快雷射實現PCR微流體元件於新冠肺炎核酸檢測(2021) 黃鉉評; Huang, Syuan-Ping本研究利用超快雷射製程技術(Ultrafast laser technique)之超短脈衝(Ultrashort pulses)與低熱影響區(Low heat-affected zone)機制，在玻璃基材製作陣列微柱(Micro-array structures)之微流體元件(Microfluidic devices)。本研究使用之陣列微柱為毛細流的微泵，應用於流感病毒(Influenza virus)的電性檢測(Electrical detection)和SARS-CoV-2的核酸(Deoxyribonucleic acid, DNA)擴增。本研究在元件設計概念上以毛細力(Capillary force)驅動作為其特點，於微流道底部設計6種不同間距之陣列微柱(10 µm; 20 µm; 40 µm; 80 µm; 160 µm；無微柱)，根據不同的生物分子檢測應用，本研究所設計之陣列微柱可提供多功能應用。在不同生物分子(101至106 PFU/µl(cells/µl))的電性檢測上，以奈米銀顆粒(Silver nanoparticle, AgNPs)覆蓋在元件結構，測試在陣列微柱於直徑30 µm分子的攔截效力，作為電性檢測依據。在聚合酶連鎖反應(Polymerase chain reaction, PCR)中，藉由有限元素法(Finite element method, FEM)進行設計的陣列微柱間距，最佳化流體行為與熱傳於微柱PCR反應，再透過程式控制與電路設計實現PCR所需的溫度控制。本研究成功在30次的溫度循環中成功擴增72 bp的SARS-CoV-2核酸片段，檢測限度可達到2.8 pg/µl。Item 以雷射及堆疊結構技術於可撓性傷口酸鹼檢測元件之研究(2021) 范瀞元; Fan, Jing-Yuan本研究以氧化石墨烯(Graphene oxide, GO)薄膜覆蓋可撓性的聚醯亞胺(Polyimide, PI)基板，利用超快雷射(Ultrafast laser)產生還原氧化石墨烯(Reduced graphene oxide, rGO)，製作環形指叉狀電極，上層感測區，覆蓋聚丙烯腈(Polyacrylonitrile, PAN)/聚苯胺(Polyaniline, PANI)之靜電紡絲，以製成pH酸鹼感測元件。本研究測試雷射不同的重疊率與單發能量，對應所產生rGO之寬度關係及量測產生rGO的導電性，選出最適當的加工參數。本研究最終選用掃描速度500 mm/s、雷射脈衝頻率300 kHz和能量密度為0.19 J/cm2，在雷射路徑一次製程，製作電極元件，其最低的電阻值為3230 Ω。在材料性質分析下，顯示雷射的能量能有效將GO的含氧官能基去除，還原成rGO。在電紡絲製程方面，電紡絲溶液會以PAN濃度為7 wt%和PANI濃度為1.4 wt%調配比例，在25000 V操作電壓下，產生的電紡絲平滑無珠鏈狀，平均線徑為498.36 nm，該結果經化學分析，證實可將PANI摻入電紡絲中。本研究在製作的設計檢測元件，量測電性響應於不同酸鹼值(pH = 2; 4; 6; 8; 10)，顯示檢測溶液越呈酸性，且其瞬間電流響應越高。另外，在元件靈敏度(電阻變化量/初始電阻)對應pH值反應，顯示每pH量測值會下降6.37 %之線性關係，該其響應結果，可應用於傷口檢測。本研究實際檢測應用，是採以大鼠之傷口為目標檢體，量測3種處理傷口含原始、敷料1(含殼聚糖+奈米金粒子30 μM)及敷料2(含殼聚糖+奈米金粒子60 μM)，分別量測第1天、第4天與第7天之電性變化，顯示在敷料2的傷口檢體pH值，會隨時間變化最小，有助於傷口復原。Item 超快雷射多尺度複合結構實現氣體檢測應用之研究(2019) 杜晨廷; Tu, Chen-Ting本研究是利用超快雷射(Ultrafast laser)之超短脈衝(Ultrashort pulses)的特性，進行多尺度複合結構(Multiscale composite structures)元件製作，進而應用於氣體檢測(Gas detection)。由於該雷射製程具較小熱影響區(Heat-affected zone)，以能精確進行尺寸的製作。本研究超快雷射製程是在導電石墨烯(Graphene)薄膜基材上，進行圖案化電極(Electrode)結構元件，其結構包括指叉狀元件(Interdigitated electrodes, IDEs)和微溝槽(Microgrooves)。另一方面，為結合導電奈米線於微結構元件，本研究透過水熱法(Hydrothermal)生長氧化鋅(ZnO)奈米線於指叉狀元件上，且在微溝槽生長氧化鋅奈米線，並調控浸泡種晶層溶液時間生長氧化鋅奈米線，將元件電阻從106 下降至約550 。本研究發現在生長溶液中添加甲醇(Methanol)為界面活性劑，將有助於於微結構底部生長氧化鋅奈米線。最後，本研究會於兩種氣體感測元件結構設計，進行不同氣體濃度一氧化氮(Nitric oxide, NO)之檢測探討。本研究結果顯示以指叉狀元件結構氣體感測元件，偵測氣體濃度於50 ppm時，氣體響應值(Response)為6%；氣體濃度於150 ppm時，氣體響應值可為18%；氣體濃度於300 ppm時，氣體響應值可為31%。以微溝槽作為氣體感測元件時，偵測氣體濃度於50 ppm時，氣體響應值為11%；氣體濃度於150 ppm時，氣體響應值為22%；氣體濃度於300 ppm時，氣體響應值為40%。Item 應用超快雷射技術於石墨烯奈米銀金屬粒/聚醯亞胺複材之熱檢測元件探討(2020) 蕭鈞庭; Hsiao, Chun-Ting本研究利用超快雷射製程技術(Ultrafast laser processing technique)進行微結構(Microstructures)之熱元件(Heating device)製作及其特性之探討，以應用於氣體檢測(Gas detection)。在本研究中會使用超快雷射直寫技術分別於石墨烯(Graphene)/聚醯亞胺(Polyimide, PI)基材及奈米銀(Silver nanoparticles, AgNPs)/石墨烯/PI基材進行雷射測試，固定重複率為300 kHz、加工次數3次下，在振鏡掃描速度為500 mm/s及雷射能量密度為2.45 J/cm2，完成薄膜製程及元件製作，並依此參數製作不同寬度熱檢測元件。研究顯示在相同寬度5 mm下，石墨烯/PI基板給予功率6.10 W時，最高溫約134 ℃；奈米銀/石墨烯/PI基板給予功率5.83 W時，最高溫約104 ℃。另外，在相同寬度6 mm下，石墨烯/PI基板給予功率為6.10 W時，最高溫約110 ℃；奈米銀/石墨烯/PI基板給予功率4.48 W時，最高溫約113 ℃。進一步本研究顯示在寬度6 mm之奈米銀/石墨烯/PI基材熱檢元件，能給予較少功率，產生出100 ℃以上溫度，且基材彎曲90 o時，溫度仍能維持在100 ℃以上。同時，本研究搭配設計所製作的指叉狀(Interdigitated)電極元件進行氣體量測，研究顯示在一氧化氮(Nitric oxide, NO)濃度為650 ppm時，該元件電阻值可從78 上升至85 ，氣體響應值約9 %，且氣體響應值會隨氣體濃度增加而上升。Item 超快雷射與轉印製程於金屬結構層之親疏水性影響探討(2020) 賴威霖; Lai, Wei-Lin鋁合金(5052)與銅合金(C2800)在工業上用途極廣，具有質量輕且導電性、導熱性良好的優點，是具應用潛能之合金材料，透過製程的加工處理，將可改變鋁、銅合金表面結構與元素組成比例，產生親或疏水性表面(Hydrophobic/Hydrophilic surface)，達到提升疏水性(自潔)或親水性(提升附著力)之目的及應用。在製程方面，本研究提出兩種製程方法，分別為超快雷射(Ultrafast laser)以及轉印(Imprint)製程，以此兩種製程方法，分別於鋁、銅合金表面，製備出具功能機制之微米級陣列溝槽結構，並以雷射共軛焦顯微鏡(Confocal laser scanning microscope, CLSM)及熱場發掃描式電子顯微鏡(Thermal field emission scanning electron microscope, FE-SEM)檢驗結構寬度、深度是否有達到設計的尺度需求，以及是否具有完整性與一致性。待鋁、銅合金檢驗完成後，將試片進行紀錄 1至30天的接觸角變化研究，以探討時間、間距和製程等實驗變因，對於相異合金材質(鋁及銅合金)之接觸角影響性。同時，本研究透過能量色散X射線譜(Energy-Dispersive X-ray spectroscopy, EDS)與X射線光電子能譜(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)進行材料分析，探討氧(Oxygen)與碳(Carbon)之比值的變化與液珠接觸角變化的關聯性，進而了解上述各項變因的影響性，以有助於將來在各種親或疏水化材料產品於生醫及能源之應用。Item 以皮秒雷射多孔薄膜元件技術於氣體檢測之研製與實現(2017) 甘鎧榕; Gan, Kai-Rong氣體檢測晶片及其模組開發技術，一直為空氣與環境監控的重要關鍵。近年來，雷射製程科技的發展迅速，超短脈衝(Ultra-short pulse)雷射之微細製程技術，也多應用在電子、機械與生醫工程領域。本研究採用超短脈衝雷射之微細製程技術進行材料進行電極及感測器之製備，與一般半導體製程之感測器相比於設計及初步研究時製程速度較快，即無需微影製程等複雜之步驟就可完成製作。本研究透過皮秒脈衝雷射直寫(Picosecond laser direct-writing)於石墨烯(Graphene)薄膜上進行感測圖型之製作，其構型有線圈式與指叉式結構，並探討二種結構對氣體感測結果之影響。最後再試著與3D之多孔材料製成之氣體感測器比較。本研究結果顯示線圈結構式感測器type 2 (3圈)對於水氣的反應靈敏，當相對濕度RH = 47% ~ 70%時，該電阻之檢測值可自1902 Ω至1934 Ω，其靈敏度(Sensitivity)為2.3%，且在量測一氧化碳(CO)氣體，該電阻之檢測值可自1823 Ω降低至1780 Ω，其靈敏度為1.6%。另外，使用氧化石墨烯多孔結構與平面指叉狀結構量測相對濕度RH = 45% ~ 65%進行比較，在氧化石墨烯多孔結構於電阻之檢測值會由10.8 MΩ降至0.18 MΩ，其靈敏度為99%，於指叉狀結構之感測器，其電阻之檢測值由2.22 kΩ上升至2.36 kΩ，其靈敏度為7.2%，顯示立體多孔結構其感測能力較為靈敏且對水氣之反應較快，且易達到穩定。