奈米材料所討論的範疇，是任何一維尺寸在1nm~100 nm (1nm=10-9m，約為三~六個原子的寬度)之間的材料。其大小是介於原子級大小以及微觀的尺寸之間的介觀(mesoscopy)尺寸。奈米材料依型態可分成三類，第一種是長、寬、高三維都在奈米範圍，所其三維的長度都可以乎略，稱之為為零維奈米材料，第二種則是長、寬在奈米的大小之內，只留下高度，所以能看以一維的型態存在，稱為一維奈米材料，而第三類是厚度忽略，只考慮長和寬的二維奈米材料。
本實驗以多孔性陽極化氧化鋁以及track etch polycarbonate作為輔助模板，以電沉積或是無電鍍的方式製作金奈米電極陣列。並應用在電化學的分析上。本實驗利用直流電(25.5V)將純鋁片陽極化，得到孔徑大小為30nm~50nm、孔密度為1.5×1010 Pores/cm2、厚度為25μm~30μm的陽極化氧化鋁薄膜，但由於容易發生skyscraper效應，所以利用陽極化氧化鋁薄膜配合電沉積，並不能將金均勻填入孔洞之中；而利用track etch polycarbonate配合無電鍍金的方法，能夠將金較均勻的填入孔洞之中，並應用於Chronocolumetry計算Hydroquinone的電子轉移反應速率常數。

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目錄

摘要…………………………………………………………………I
目錄…………………………………………………………………II
圖表目錄……………………………………………………………V
壹、緒論…………………………………………………………………1
一.奈米材料的定義及種類……………………………………………1
二.奈米材料的發展以及觀測儀器……………………………………1
三.奈米材料的性質……………………………………………………4
1.表面效應……………………………………………………………4
2.體積效應……………………………………………………………5
3.量子侷限效應………………………………………………………6
四.奈米材料的製作方法………………………………………………6
五.模板輔助合成法……………………………………………………7
1.陽極化氧化鋁………………………………………………………8
2.Track-Etch Materials………………………………………………11
3.自組裝材料………………………………………………………12
a.區塊共聚合物…………………………………………………12
b.介面活性劑與液向液晶………………………………………14
4.其他………………………………………………………………15
六.將基材沈積進入模板的方法………………………………………16
1.電沈積……………………………………………………………16
2.無電鍍……………………………………………………………19
3.化學氣相沈積……………………………………………………21
4.其他………………………………………………………………22
七.模板輔助合成奈米材料在電化學分析上的應用…………………23
八.奈米以及超微米盤狀電極陣列的特性……………………………25
1.電位掃描速率以及電極密度的影響……………………………25
a.高掃描速率………………………………………………………25
b.中掃描速率………………………………………………………26
c.低掃描速率………………………………………………………27
九.研究目的……………………………………………………………29
貳、實驗與結果…………………………………………………………30
一.藥品…………………………………………………………………30
二.溶液配製……………………………………………………………31
三.儀器設備……………………………………………………………34
四.實驗結果與討論……………………………………………………37
1.陽極化製作多孔性的氧化鋁……………………………………37
2.以直流電沈積法製作奈米電極陣列……………………………45
3.以track-etch polycarbonate配合無電鍍法製備奈米金電極陣
列…………………………………………………………………51
4.以奈米電極陣應用於Chronocolumetry測量Heterogeneous
Electron Transfer RateConstant……………………………………57
a.電極的製備……………………………………………………57
b.以Chronocolumetry測量Heterogeneous Electron Transer Rate
Constant…………………………………………………………58
五.結論…………………………………………………………………65
六.參考資料……………………………………………………………66


圖表目錄

圖1-1 陽極化氧化鋁的結構……………………………………………9
圖1-2 雙區塊共聚合物可能形成的微結構…………………………13
圖1-3 由微胞聚合而成的液向液晶可能的結構圖…………………15
圖1-4 化學氣相沉積儀………………………………………………21
圖1-5 以模板輔助合成法所製備的電極……………………………24
圖1-6 高速電位掃描下的擴散層……………………………………26
圖1-7 中掃描速率下的擴散層呈現半球型…………………………27
圖1-8 低掃瞄速率下擴散層合併……………………………………28
圖 2-1本實驗所使用的陽極化裝置…………………………………37
圖 2-2將陽極化區域和鋁交界處割斷以利汞的鑽入………………39
圖 2-3 將切傷的斷口和飽和氯化汞接觸，直到和氯化汞溶液接觸的鋁有汞滴
生成…………………………………………………40
圖 2-4 含汞滴的鋁片架於一廣口容器的上方，等待汞完全鑽入鋁和氧化鋁之
間形成汞齊…………………………………………41
圖2-5 將脫落後的氧化鋁沖入濾網中………………………………42
圖2-6 將氧化鋁置於磷酸中，洗去barrier layer……………………42
圖2-7 洗去barrier layer前(A)後(B)的SEM圖……………………43
圖2-8 陽極化氧化鋁側面的SEM圖………………………………44
圖2-9 電沈積裝置圖…………………………………………………45
圖2-10 溶解氧化鋁的反應槽…………………………………………47
圖2-11 溶解部分氧化鋁後所得的奈米線SEM圖…………………47
圖2-12 倒塌的金奈米線………………………………………………48
圖2-13 以陽極化氧化鋁製作電極的流程……………………………49
圖2-14 以陽極化氧化鋁所製電極拋磨過後的SEM圖……………50
圖2-15 skyscraper effect……………………………………………50
圖2-16 polycarbonate的表面………………………………………52
圖2-17 亞錫離子和amine group以及carbonyl group作用形成錯
合物而分佈於polycarbonate表面……………………………53
圖2-18 銀離子還原成銀原子分佈於polycarbonate的表面…………53
圖2-19 金將銀氧化並取代銀的位置…………………………………54
圖2-20 還原後的金凝聚在結晶核上…………………………………55
圖2-21 ( A )未經處理的polycarbon。
( B )無電鍍鍍完金後的polycarbonate(照SEM時表面有濺鍍薄金增導電度)。
（ C ）無電鍍鍍完金後的polycarbonate(照SEM時表面沒有濺鍍薄金)……56
圖2-22 polycarbonate薄膜電極的製備……………………………57
圖2-23 大面積電極以及奈米電極在空白電解質中的伏安圖譜……60
圖2-24 以所製備出的奈米電極陣列以循環式伏安法在含有4mM
氫醌溶液中中掃描所得的伏安譜…………………………61
圖2-25 以直徑為3mm金電極在含有4mM的氫醌溶液中掃描所得的伏
安譜……………………………………………………62
圖2-26 在含有4mM的氫醌溶液中進行chronocolumetry所得之
(A)Anson plot
(B)chronocolumogram………………………63


表2-1 奈米電極陣列應用在chronocolumetry測量4mM的
hydroquinone 所得之Anson plot的的斜率、ti1/2
、以及計算之elctron transfer rate constant…
…………………………………64

六、參考資料：
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