奈米科技概论期中报告奈米科技产业.ppt

奈米科技概論期中報告 奈米科技產業 奈米科技暨微系統工程研究所 鍾政哲 人類文明發展史 科技產業的發展 發展中的奈米產業 奈米半導體 奈米複合材料 奈米催化 奈米生物科技 奈米碳管用途開發 奈米半導體 半導體製程概分為薄膜成長、微影罩幕與蝕刻成形三類，用於製作VLSI (very large-scale IC) 及ULSI (ultralarge-scale IC) 等高精度積體電路 (integrated circuits, IC)、電晶體、微機電元件等，廣泛使用於晶圓 (silicon wafer)、DRAM、主機板、手機之製造、IC設計、TFT-LCD 產業，乃至於桌上型與筆記型電腦組裝。 隨著定位系統精度的提高，各式機械元件和電子元件尺寸縮小，電子元件走向輕、薄、短、小，功能更為強大，開發超精密化、細微化的微機電與奈米加工技術，將可開發新世代微機電技術與產品。 奈米複合材料 尼龍 / 黏土奈米複合材料 尼龍 / 黏土奈米複合材料是最早被研究的層狀奈米複合材料，日本Ube公司和Unitika 公司皆已經成功的予以商業化。奈米複合材料之拉伸強度與楊氏膜數等力學性能較強，熱膨脹係數等熱學性能較佳，氣體阻隔性較佳，而且透光性亦較高。 磁性高分子 一般高分子沒有磁性，將奈米級氧化鐵和稀土 (rare earth) 類等超磁性(super magnetic) 物質與高分子混成，高分子即帶有磁性，稱為磁性高分子。 抗菌高分子 藉著奈米化技術，縮小無機抗菌劑顆粒，提高單位質量的無機抗菌劑顆粒數，藉以增加比表面積。具有優異的性能，安全性高、沒有毒害、抗菌時效長、緩釋效果良好、抗菌效率極度高。 導電高分子 常用的導電高分子大多添加銅 (Cu) 粉、銀 (Ag) 粉或碳黑 (carbon black)。由於普通碳黑等材料在高分子中不容易分散，與高分子的相容性不好，限制了其用途。以奈米級二氧化鈦(TiO2 ) 包覆錫和銻緻密膜，可製成優異的奈米級導電粉。由於二氧化鈦粒徑超細，和高分子有很好的相容性，並且白度好，在導電高分子上的有良好用途。 奈米催化 觸媒是最早利用奈米科技的產業之一，觸媒一般皆是微細顆粒，以得到最大的表面積，提高催化效果。例如，鉑金屬以原子級顆粒方式分佈在氧化鋁、沸石 (zeolite) 等多孔無機物上，顆粒尺寸約為數個埃(? )。近年來隨著奈米科技的進步，科學家們更能精準控制觸媒結構與性能。 介孔材料具有類似之基本成份，但屬於非結晶型無機高分子結構，同樣具有規則性孔洞。沸石與介孔材料之規則性孔洞，具有篩選分離分子能力，統稱為分子篩 (molecular sieve)。分子篩之所以會有篩選分子能力，係因為不同大小之分子，在分子篩內具有不同之擴散係數，當分子尺寸大於分子篩孔洞孔徑時，即無法進入分子篩孔洞而排除在外，因此可以藉此將不同分子篩選開來。分子篩表面積高達700 m2/g 以上，應用範圍極廣，包括觸媒催化反應、吸附分離與物質純化、燃料電池、電子材料、環保處理、生化用途等。 奈米碳管用途開發 奈米碳管是碳的同素異形體，1991 年日本NEC 研究員飯島澄男發現多層奈米碳管 (MWNTs)，1993 年NEC 與IBM 發現單層奈米碳管 (SWNTs)。奈米碳管之直徑為0.4~50 nm；長度達1mm 以上；奈米碳管導熱性為23.2 W (cm ?K)?1 ( 類似鑽石 )；密度達1.3 ~ 1.4 g/cm3 ( 類似羊毛或棉花 )，密度只為鋼的1/6，其強度卻是鋼的100 倍。具有較好的柔性，延伸率可達30%。有良好的可彎曲性，可以被彎曲成很小的角度，也可以被彎曲成極小環狀結構。 半導體性奈米碳管藉著管徑的控制，其導電性可以由在10?3 ~ 10?4 Ω - cm ( 類似半導體鍺 ) 與5.1×10?6 Ω - cm ( 類似金屬銅 ) 之間改變。增加直徑，帶隙(band gap) 變窄，大直徑奈米碳管之帶隙為零，呈現金屬的性質。 奈米碳管用途開發 在電子材料方面，將少量的碳奈米管加入到其它材料中，即可以明顯提高材料的導電性。例如在高分子材料中加入奈米碳管，可以降低高分子材料的電阻率3 個數量級以上。在場發射陰極材料上，奈米碳管直徑為目前廣泛使用的矽陰極場發射器頂端直徑的1/10 左右，具有發展成為新一代低耗能壁掛式超薄平面顯示器的潛力。1999 年日本和韓國已先後研製出數厘米厚的碳奈米管顯示器。 奈米管這種超級纖維材料所具有的優良力學性能，在未來工業界將會得到很多的應用，例如，用作複合材料的增強劑。貯氫吸附材料，碳奈米管也將有助於氫燃料汽車的發展，這種汽車的輸出功率高達90 kW，最高時速為l50 km，可行駛300 km 以上。運用碳奈米管獨特的孔狀結構，已經開發出奈米吸管、奈米鎳子、奈米試管