奈米科技创新课程开发及推广计画 重点绩效成果报告.ppt

奈米科技創新課程開發及推廣計畫 彰化師範大學物理系 洪連輝、林建隆 石豫臺、吳仲卿 逢甲大學 蔡雅芝 竹南高中 黃國峰 溪湖高中 林賜郎 重點績效成果報告 重點績效成果報告 重點績效成果報告 重點績效成果報告 高中、職階段奈米科技創新課程主題與學習目標 單元主題 奈米科學的介紹 奈米尺度 奈米物質的性質 量測奈米結構 奈米製程 奈米科技對健康與環境的影響 自然界的奈米物質 奈米科技對社會的衝擊 高中、職關鍵概念圖與命題預期進度 詳列奈米科技相關概念（98.8） 選適合高中、職關鍵概念（98.9） 高中、職概念等級分類（98.10） 完成初步擬定概念圖的縱向分層和橫向分支（98.11） 建立概念之間的連接，並在連線上用連接詞標明兩者之 間的關係（98.12） 修改概念圖架構圖 （98.12） 撰寫、修改與完成相關命題（99.1） 概念圖與命題、進行專家審查（99.2） 修改與概念圖與命題（99.2） 完成高中職概念圖與命題（99.3） 高中奈米課程概念圖 高中奈米課程概念圖 高中奈米課程概念圖 高中奈米課程概念圖 高職奈米課程概念圖 命題敘述(溪湖高中) 1.奈米(nm)是長度單位，1nm等於10- 9m。 2.奈米尺度探討的物體對象早期定義是在 1~100nm。介於此範圍的物體包含分 子、高分子、高分子集合、原子、量子 點。 3.奈米尺度探討的物體對象近期被認為是 探討具有非巨觀性質的特殊現象物體， 這些特殊的現象包含庫倫堵塞效應、能 接量子化、表面現象、量子穿隧效應、 小尺度效應等。因此在奈米尺度的上限 已大於100nm的範圍。 4.奈米材料的維度是以材料外觀特徵來劃 分維度，而非該材料在幾個維度上達到奈 米。2維奈米材料被稱作薄膜，僅厚度(一 個維度)在奈米尺度大小。因此奈米材料 的實體未必是微小到需要電子顯微鏡觀 測。 命題敘述(溪湖高中) 1.常用於量測奈米結構之顯微鏡依其設計原理可分為：光 學式、機械式、電子式。 2.量測奈米結構之光學式顯微鏡為近場光學顯微鏡；機械 式顯微鏡為AFM、STM；電子式顯微鏡為SEM、TEM。 3.近場光學顯微鏡利用壓電陶瓷進行三維掃描，再由光纖 探針接收或發射光學訊號，以獲得三維近場光學影像。 4.SEM、TEM產生之高速電子均藉由電磁透鏡來聚焦。 5.SEM中由試片表面產生之背射電子可判斷材料之物質成 份；二次電子可形成立體圖像，藉此判斷粒子大小、粒 徑分布等。 6.TEM穿透樣品時，直射電子與繞射電子束相互干涉，會 產生晶格像，可分析 7.材料中之晶體結構及缺陷狀態。 8.AFM、STM之奈米級探針功用不同，AFM中奈米級探針 尖端原子與樣品表面原子之間會產生極微弱的排斥力或 吸引力；STM中奈米級探針與樣品間存在一電位差，將 產生穿隧電流。 9.AFM中利用低功率雷射光打在懸臂上，分析出懸臂之變 形程度及方向，便可 10.呈現樣品表面原子級的三維圖像 命題敘述(溪湖高中) 奈米材料性質 1.奈米材料的特殊物理性質包括力學、熱學、電學、光學等方面。 2.疏水性是奈米材料的特殊力學性質例子之一，例如蓮葉表面的奈米結構可產生高疏水性， 並產生自潔作用，稱為「蓮花效應」，此效應可應用於馬桶的表面塗料。 3.高強度與韌性是奈米材料的特殊力學性質例子之一，例如奈米碳管具有高強度與高韌性， 可應用於多功能複合材料、奈米鑷子、奈米碳針等。 4.熱傳導性佳是奈米材料的特殊熱學性質例子之一，例如奈米碳管的熱傳導性佳，可應用於 多功能複合材料。 5.電傳導多樣性是奈米材料的特殊電學性質例子之一，例如奈米碳管的電傳導多樣性，可應 用於場發射顯示器、奈米鑷子、奈米碳針等。 6.在超微顆粒時，金屬對光的低反射性是奈米材料特殊光學性質的例子之一，，可應用於高 效率的光熱或光電轉換材料。 7.當純鐵的顆粒尺度減小至20奈米以下時，會出現高矯頑力，是奈米材料特殊磁學性質的 例子之一，可應用於高貯存密度的磁記錄磁粉。 8.當純鐵的顆粒尺度減小至6奈米時，矯頑力可降低至零，是奈米材料特殊磁學性質的例子 之一，可應用於用途廣泛的磁性液體。 9.奈米材料的特殊化學性質包括反應性與催化性等方面。 10.高催化性是奈米材料的特殊化學性質例子之一，例如奈米級二氧化鈦具有高催化性是， 可應用於光觸媒。 11.高吸附性是奈米材料的特殊化學性質例子之一，例如奈米碳管具有高吸附性是，可應用 於燃料電池的儲氫材料。 命題敘述(溪湖高中) 1.奈米科技的影響包含正面影響