Abstract
本研究利用多種化學合成進行製備數種形貌之氟摻雜二氧化錫(Fluorine-doped Tin Oxide, FTO)奈米結構，包括: 多孔性導電薄膜、表面平整緻密導電薄膜、量子點與微孔/介孔顆粒等，並將其應用至離子感測器、顯示面板、光催化與紫外光感測器。二氧化錫奈米結構之製備和應用在過去已有許多相關學術文獻探討，因二氧化錫本身導電性不佳，使應用性受到很大的限制。因此本研究計畫藉氟元素之摻雜來大幅提升其導電性，對於未來新的應用或提升其舊有應用之效能都有相當大的幫助。一般而言，FTO材料做為透明導電玻璃的導電層是其中最為人所熟知的，因FTO具高透明性、半導體行為及相對優異的導電能力，是相當獨特的功能性材料，可在多種應用中扮演關鍵性角色，希望能對人類的健康與能源耗竭問題做出貢獻。本研究於第三章即針對已商業化之市售FTO導電玻璃薄膜來進行薄膜表面簡單的電化學修飾，以價廉之氯化錫為前驅物，於室溫下，控制適當電壓與前驅物濃度，可製備多孔且高導電性之多孔FTO薄膜。研究中，針對重要的製程參數對FTO孔洞結構之形態影響作討論，以獲得最適之高導電性FTO多孔結構，其片電阻均低於20 Ω□-1。市售FTO透明導電薄膜表面屬為較緻密之結構，經簡易電化學處理後，可修飾並形成一多孔FTO導電薄膜，並以此多孔導電FTO薄膜為基礎，發展一簡易、快速檢測硝酸根離子濃度的感測法，經實驗結果得於於酸性條件下其濃度感測極限達10-8M。 第四章使用不同酸性電解液並調控製程溫度、操作電壓與前驅物濃度，使用簡易電化學修飾製程於市售FTO透明導電薄膜表面，將薄膜粗糙表面結構型態修飾成表面平整緻密薄膜結構，平整化之FTO導電薄膜，於可見光之穿透度與導電度均具有相當優異的表現，反觀目前社會上對於需要高穿透度與導電性之光電元件應用上，如平面觸控顯示屏幕等，有很大的潛力與前瞻性，經實驗結果顯示所製備之平整化FTO導電薄膜其電阻值均低於15 Ω□-1，並且可見光穿透度從約79%提升至85%。研究中，使用硝酸水溶液經適當操作電壓驅動氧化還原反應，調控薄膜的平整度及穿透度並量測其片電阻，以獲得最適之高穿透性之導電平整FTO薄膜。 第五章乃利用一新穎、簡易之界面反應聚合法來製備二氧化錫量子點結構，在過去研究中，許多藉由界面聚合法所製備之結構材料，僅單純於兩相不互溶液體間緩慢地產生反應，所生成之產物尺寸偏大且耗時，因此本章乃利用乙醇作為前驅物攜帶載體之首發概念，藉調整前驅物於下層濃度與溶劑使用量，進行不同結構尺寸大小之控制致使二氧化錫量子效應之展現，同時將所製備之二氧化錫量子點結構材料，搭配吸附於二氧化鈦表面來進行於光催化降解，經實驗結果檢測其所製備之量子點尺寸範圍約1.9nm至2.7nm左右，於光催化效能亦具有相當優異的表現，並且遠高於純二氧化鈦材料約兩倍之多，實之不易。 本研究於第六章乃著重於針對過去許多製備二氧化錫結構材料一旦經煅燒處理後，比表面積即大幅下降之缺點進行研究，使用一簡易、快速之溶膠凝膠法於酸性溶液下，降低向右反應所生成二氧化錫結構之速度，同時於反應過程中將氟離子摻雜至二氧化錫結構，除了有效提升整體結構之導電性與結構完整性之外，經適當使用前驅物濃度與反應溫度，可成功製備具耐溫型FTO高比表面積之導電微孔/介孔材料，實驗結果顯示，當鍛燒溫度提升至350 oC，其比表面積可從未鍛燒之115 m2/g微幅提升至138 m2/g，當超過350oC鍛燒溫度至500 oC後，其比表面積即迅速下滑至52.7m2/g，於紫外光感測實驗部分，適當鍛燒溫度可有效增加紫外光感測能力。