粒径或厚度小於光波波长会引起特定光学特性.PPT

奈米溶膠發展的背景介紹 忠信科技 陳忠詰 報告大綱 壹：奈米材料（奈米粒子）特性。 貳：奈米材料（奈米粒子）特性產生原理 參：奈米材料的應用。 肆：奈米粒子的製造方法。 伍：奈米粒子製造方法的問題。 陸：奈米溶膠的優勢。 柒：良好奈米溶膠所應擁有基本條件。 捌：奈米粒子溶膠的特性表現。 壹：奈米粒子特性 一：基本說明：奈米材料與傳統材料之不同： （一）晶相或非晶質排列不同。 （二）光學、磁性、熱傳等性質達最佳狀態。 （三）使原本無法混合的金屬或聚合物混合而成合金。 （四）導電性完全不同 奈米材料的物性變化 粒子奈米化所導致的熔點變化： TiO2不同粒徑，不同溫度，成膜所需時間（單位：分） 貳：奈米材料特性產生原理 一：反應皆在接觸面上發生： 粒徑愈小，比表面積愈大 ，反應速度愈快 。 二：異類分子（表面分子）間作用決定活化能： 表面分子比率，隨粒徑變小而急遽增加，進而降低活 化能（甚至改變反應途徑） 。 三：結晶缺陷隨著結晶長大而增多： 粒徑愈小，結晶缺陷愈少；結晶良好：使得物性（如： 光學性、電性等）表現明顯 。 四：粒徑或厚度小於光波波長，會引起特定光學特性。 五：粒徑愈小，布朗運動愈明顯：長期安定性愈高。 六：5nm以下，量子化學取代分子化學： 電性、磁性、導熱性及導電性皆改變。 參：奈米粒子溶膠成膜後的特性 肆：奈米粒子的製造方法 奈米製造的方法可以分成兩類： （一）「由大做小法」（top down）： 將一群分子從表面一挖出來，或者 加到表面上 （二）「由小做大法」(bottom up) ： 將原子或分子組合成奈米結構。 伍：奈米粒子製造方法的問題 一： top down存在問題： （一）受研磨粒子限制，粒徑最小值有其極限。 （70nm，比表面積不大） （二）粒徑均勻性及晶相不易控制（物性表現不良）。 （三）分散劑及研磨劑不易純化。 （粒子失去“奈米化”優勢） 二： bottom up（不包括溶膠法）存在問題： （一）合成方法不易找尋。 （二）純度及結晶度不易控制（失去結晶良好的優勢）。 三：奈米粒子粉體共同問題： （一）二次粒子問題嚴重。 （失去光學、電性及高活性、高反應速度等優勢）。 （二）不易純化（物性表現不良） 。 （三）使用時需加Binder（破壞成膜後特性） （四）使用時粉塵擴散問題嚴重。 （五）設備成本高。 溶膠凝膠法Sol-Gel Process 陸：奈米溶膠的優勢 一：可作到很細的粒徑（1nm）（活性大且反應速度快）。 二：可得到良好結晶（物性表現至最佳狀態）。 三：不需加界面活性劑即可長期安定，不會形成二次粒子。 四：不需加Binder，即有良好表面附著性。 五：成膜性佳，可在較低溫度反應。 六：設備投資低。 七：奈米微粒不會擴散。 * 磁性、順磁性大幅度提高。 磁性 完全改變 電性 導光性、吸光性及反射性提高 折射率提高 光學 硬度上升 機械 形狀控制及記憶 微結構及微晶相可控制（更佳） 反應溫度、熔點及燒結下降 相變化點提高且敏感化 結構 說明 性質 光學性 磁性 熱膨脹係數 比熱 導熱性 導電性 導電性 電阻性 電阻性 熔點 延展性∕軔性 彈性係數 擴散系數 密度 強度∕硬度 降低 提高 700 1680 氧化鋁 500 1287 二氧化鈦 373 1337 銀 600 1460 金 2nm之熔點（℃） 原有熔點（℃） 物質名稱 溫度（℃） 粒徑 （nm） 30 15 1 ＜1 ○ 5 60 20 2 1 ○ 10 × 30 5 2 ○ 20 × × × 30 ○ 50 × × × × 1 100 × × × × 3 ＞1,000 150 500 700 900 1300 54.5 50 27.3 100 13.6