奈米实作 - tp.edu.tw.PPT

物質奈米化後的特徵 萬芳高中 黎湘玲 bob@wfsh.tp.edu.tw 2011.05.10 物質奈米化後的特徵 表面效應增加 小尺寸效應所呈現最明顯的幾項新的特性 1.特殊的熱學性質：熔點下降、導電性增加 2.特殊的光學性質：顏色變黑、光吸收率增加、 吸收光發生藍移現象 3.特殊的磁學性質：生物羅盤、磁化率增加 4.特殊的力學性質：韌性增加、延展性增加 5.特殊的化學性質：活性增加 現分述如下： 1.特殊的熱學性質：熔點下降 1.特殊的熱學性質：導電性增加 2.特殊的光學性質：顏色變黑、 光吸收率增加、吸收光發生藍移現象 1.金屬奈米顆粒＜光波波長＝＞黑色 ＝＞反射率低＝＞光熱或光電轉換材料 2.光吸收度增＝＞吸收峯等離子共振頻移 ＝＞對紅外現有吸收和發射作用，但對紫外線有遮蔽作用 3.吸光有藍移現象（移向短波長方向） ＝＞量子效應使能隙增寬 ex：1995年：LED僅紅黃光譜，但1.3nm 的矽微粒：室溫下發出橙黃光譜 碳化矽奈米微粒發出藍光 2.特殊的光學性質：顏色變黑、 光吸收率增加、吸收光發生藍移現象 奈米硫粒子的生成 為何以往硫代硫酸鈉加入鹽酸生成的硫黃顆粒為白色？ 硫代硫酸鈉＋鹽酸＋界面活性劑。 膠體科學：膠體顆粒大小約為1~100nm，可用廷得爾效應測知，利用膠體粒子的散射可以看見雷射光的行進路線。 觀察奈米粒子bottom-up的生成過程。 3.特殊的磁學性質： 自然現象－生物磁導航系統鮭魚、龍蝦、螃蟹、飛翔的鳥類、鴿子、蜜蜂的體內，存有如磁石、羅盤功能的極微小粒子 3.特殊的磁學性質： 自然現象--生物磁導航系統 3.特殊的磁學性質： 生物羅盤、磁化率增加 1.生物羅盤＝＞直徑20nm的磁性氧化物顆粒。 2.奈米磁性顆粒具有較高的磁化率和矯頑力，較低的飽和磁矩和磁耗。 ex：奈米金屬的磁化率是普通金屬的20倍，而飽和磁矩是普通金屬的一半。 奈米磁顆粒的形成 2M氯化亞鐵-1M氯化鐵 1M氫氧化銨NH4OH溶液 強力磁鐵 4.特殊的力學性質： 韌性增加、延展性增加 1.奈米材料有很大的界面，界面的原子排列是相當混亂的，界面在外力變形的條件下很易遷移，因此表現出甚佳的韌性與一定的延展性。 2.奈米材料表面原子的配位不足，在加上極強的凡德瓦力的作用，使得奈米複合材料的強度，耐磨性，耐壓性，抗老化性，緻密度與防水性等特性，均大大增加。 5.特殊的化學性質：活性增加 奈米微粒的比表面積（表面積/體積）大，表面原子數多，具有較高的化學活性。 5.特殊的化學性質：活性增加金塊，惰性→5nm金，高活性?可作為觸媒 奈米金粒子的合成 去離子水 HAuCl4 .3H2O (四氯金酸)：5 mM CTAB (Cetyl Trimethyl Ammonium Bromide，十六烷基三甲基溴化胺)：75 mM NaOH (氫氧化鈉)：1.0 M C2H5OH (絕對酒精)：99.8% 奈米金的應用 1、驗孕棒 2、防煙面罩 量子效應—變色珠 塑膠珠加入特殊波長的螢光藥劑，接觸到紫外光迅速變色，離開紫外線迅速退色。 變色珠的應用：偵測紫外線 1、試驗太陽眼鏡的抗UV的效果 2、捕蚊燈的光線是否傷身 --- 量子效應的解釋 能階連續到能階不連續，元件奈米化後，電子只能在特定能量的情況下跳動。 中研院物理所副所長陳洋元老師的解釋為 參考資料： 奈米科技的早期發展歷史。柯麗霞、陳正達、王崇人。化學教育（93年第62卷第四期 奈米化學技術的開發與應用。陳重裕（91.11.12) * * 在奈米的尺度下，其現象在一般傳統科學理論、技術均已不適用。 所以奈米科技的定義是物質尺寸小到「1~100nm之間」的範圍，但是會產生新的特性與現象。 奈米材料與一般材料的不同原因： 1、表面效應 2、小尺寸效應 3、宏觀量子穿燧效應 4、量子尺寸效應 78.4％ 98 125 87.5％ 56 64 96.3％ 26 27 100％ 8 8 表面原子比例 表面原子個數 總原子個數 5╳5╳5 4╳4╳4 3 ╳3 ╳3 2╳2╳2 1.隨著粒徑逐漸減小，表面 粒子的比例逐漸增加，導 致熔點降低。 2.銅塊的熔點為1085℃； 銅奈米微