奈米科技介紹
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奈米科技介紹. 目錄 1 何謂奈米科技? 2 奈米科技運用 3 善變的奈米氧化物材料 4 奈米碳管元件與應用. 何謂奈米科技.

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奈米科技介紹

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Presentation Transcript


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奈米科技介紹

目錄

1何謂奈米科技?

2奈米科技運用

3善變的奈米氧化物材料 4奈米碳管元件與應用


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何謂奈米科技

  • 所謂的奈米實際上是一個度量單位nanometer (nm)的譯名,指的是十億分之一公尺(1 nm = 10-9m),也就是百萬分之一公釐。這樣大小的單位基本上已經超乎一般人的想像和理解了,如果要具體形容的話,就是說一個〝奈米〞大小的物體放在一顆乒乓球上,比例就等同把一顆乒乓球放在地球上一般。奈米科技奈米科技實際上並無統一的定義,以一般說法是指由於物質在奈米尺寸下,會呈現有別於巨觀尺度下的物理、化學或生物特性、現象。所謂奈米科技便是運用這方面的知識,在奈米尺寸等級的微小世界中操作、控制原子或分子組合成新的奈米尺度結構﹝奈米材料﹞,以便展現新的機能與特性。並以其為基礎,設計、製作、組裝成新的材料、器具或系統,使之產生全新功能,並加以利用的技術總稱。奈米科技的最終目標是依照需求,透過控制原子、分子在奈米尺度上表現出來的嶄新特性,加以組合並製造出具有特定功能的產品。

  • 轉載:奇摩知識


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奈米的功用

  • ●在布料上塗上一層具奈米孔洞特性的奈米塗料,不僅防水,而且排汗。 ●將含有奈米級遠紅外線分子的材料與化纖織成布料,既輕便又保暖。 ●塑膠加上奈米高分子黏土,搖身一變就成為防火建材及防火電器外殼。 ●橡膠混入奈米微粒,可以讓輪胎加倍耐用,如果加入奈米螢光染料,輪胎在晚上還會像「風火輪」似地發亮。 ●外表塗上奈米釉料燒製的衛浴設備,只要水一沖自然清潔溜溜,又能抑制細菌生長。 ●房屋外牆塗上添加奈米級微粒的油漆後,就能夠讓外牆如荷葉般,只要下雨就能將灰塵沖走。3.我們生活中哪些產品跟奈米科技有關保養品或清潔用品都有

  • 轉載:奇摩知識


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善變的奈米氧化物材料

  • 目前,工業上利用奈米二氧化鈦-三氧化二鐵作光催化劑,用於廢水處理 (含SO32-或 Cr2O72-體系),已經取得了很好的效果。利用具有半導體特 性的奈米氧化物粒子如Fe2O3、TiO2、ZNO等做成塗料,由於具有較高的 導電特性,因而能起到靜電屏蔽作用。另外,氧化物奈米微粒的顏色各種各樣,因 而可以通過複合控制靜電屏蔽塗料的顏色,這種奈米靜電屏蔽塗料不但有很好的靜 電屏蔽特性,而且也克服了碳黑靜電屏蔽塗料只有單一顏色的單調性。另外,如將 奈米TiO2粉體按一定比例加入到化妝品中,則可以


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有效地遮蔽紫外線。用添加 0.1~0.5%的奈米二氧化鈦製成的透明塑膠包裝材料包裝食品,既可以防止紫外線對 食品的破壞作用,還可以使食品保持新鮮。將金屬奈米粒子摻雜到化纖制或紙張中 ,可以大大降低靜電作用。氧化物奈米顆粒最大的本領是在電場作用下或在光的照 射下迅速改變顏色。做成士兵防護鐳射槍的眼鏡和廣告板,在電、光的作用下,會 變得更加絢麗多彩。


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奈米元件與應用

  • 由於奈米碳管有許多新的性質,如質量輕、高強度、高韌性、可撓曲性、高表面積、高熱傳導性、導電度特異等,因此衍生了許多新的應用。奈米碳管亦可應用於電視、個人電腦顯示器,目前已進入試做階段。Sumio. Iijima預估,2005~2010年左右就可製造出省電、厚度僅數公釐的大畫面顯示器。此外,奈米碳管也可作為飛機、太空梭的新複合材料,拿來製造氫汽車燃料電池等,可說是種蘊藏無限可能的夢幻材料。繼矽取代鐵之後,奈米碳管有可能取代矽,成為尖端產業的骨幹材料。CNI預估,奈米碳管市場大餅每年可達1,000億美元。如果價格降到每公克33美元,而且年產量可達1噸,將可供應產值達數十億美元的電腦及電視顯示器。如果價格降到每公克22美元,則更多產業都能運用,例如可做雷達無法偵測的隱形飛機的機殼。如果降到4.4美元,則可運用於一般日常生活用品,例如作手機、筆記型電腦、PDA的材料,可以防電磁干擾。美國最大創投雜誌《Red Herring》預估,要實現這樣的美夢,看來還要花好幾年時間。到2003年,奈米碳管價格才可能降到每公克5美元。此外,量產技術也有待克服,目前能「量產」的CNI每日也只能製造25公克,年營業額達400萬美元。以下就奈米碳管的應用做一簡單的介紹:


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    1.場發射顯示器(FED)

        奈米碳管優異的電子場發射特性使其在冷場發射源上的應用上具有相當的潛能,場發射顯示器的特點在於反應時間迅速、寬廣的視角、工作溫度範圍大、且具有陰極射線管的色彩,有別於傳統陰極射線管(CRT)因電子發射源體積龐大而顯得笨重,場發射顯示器則是以數百萬根的奈米碳管做為電子發射源直接平鋪在螢幕下方,因此每個畫素(Pixel)皆有個別專屬的電子槍,故螢幕可做的像TFT-LCD一樣薄,但目前因無法在低溫下(< 500℃)基板上長成奈米碳管,而限制其平面顯示器上的應用,大面積成長碳管與使用壽命等問題即須等待克服。圖十三為場發射顯示器(FED)二極體結構慨念圖


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  • 西元1970年代末期,隨著科技進步,科學家發現,奈米級大小、介於巨觀和微觀之間的「介觀」物理現象,值得進一步研究。西元1980年代,電子掃描穿隧顯微鏡(Scanning Tunneling Microscope , STM)、原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope , AFM)、近場光學顯微鏡(Near-Field Microscope , NFM)的出現,提供科學家觀測、操控奈米尺寸原子、分子的「眼睛」和「手指」;80年代後期,已有大量科學家進入奈米相關基礎研究領域。首先由政府公開將奈米列為重點研究項目的是日本,在西元1990年代初期投入大筆經費,「奈米(nanometer)」一詞就是在此時由日本提出;美國則因經費、人力充足,各方向的研究包括奈米領域一直很多,因此也維持相當領先的地位


1 dna

1. DNA晶片(又稱基因晶片)

  • 實際就是高密度寡聚核苷酸陣列,因為DNA分子鏈是以ATGC(A-T、G-C)為配對原則的,採用一種叫做「在位組合合成化學」和微電子晶片的光刻技術或者用其他方法,將大量特定順序的DNA片段有序地固化在玻璃/矽片上,從而構成儲存有大量生命資訊的DNA晶片,近年來在高新科技領域出現的具有時代特徵的重大技術創新之一。


Photocatalyst

光觸媒(Photocatalyst)

  • 全球經工業化後,人們的生活水準雖獲得改善,但是伴隨而來的卻是環境污染及能源危機,光觸媒技術就在這樣的時空背景下因應而生。光觸媒技術能有效處理液相污染物中的氯苯有機物、氯酚化合物、氰化物、金屬離子等污染物質;在空氣污染方面,光觸媒技術也能有效處理如氧化氮(NOx)、氧化硫(SOx)等污染物質。由於光觸媒在反應中僅扮演催化劑角色,本身並不會消耗掉,又沒有不良副作用,因此成為防治空氣及水河川污染的綠色尖兵。此外,若將半導體光觸媒(如二氧化鈦)放入水中,並照射紫外光,可以使水分解為氧與氫。這種將光能轉換為化學能的反應類似植物的光合作用,因而在石油危機時曾被用來生產乾淨又環保的能源-氫,但因效率不高,目前仍停留在研究階段。光觸媒(Photocatalyst)是一種催化劑,最常使用的元素為二氧化鈦,自西元1972年發現至今,已成為最近當紅的奈米光觸媒家電、口罩等民生用品的最愛。其原理係經紫外線或太陽光照射光觸媒後,會促使觸媒附近氧氣或水分子產生氫氧自由基來分解有害物質,或著藉由增強其親水性,使污垢的附著力大幅降低。一般的污染物或病源體多半是碳水化合物,分解後大部分會變成無害的水及二氧化碳,因此可以達到空氣清淨、脫臭、防污、淨水及抗菌的目標。此外,用奈米科技將二氧化鈦製成奈米級顆粒,則可藉由大幅增加表面積與體積的比例,提高光觸媒作用的效率。


Carbon nanotube

奈米碳管(Carbon Nanotube)

  • 西元1991年飯島澄男教授(Prof. S. Iijima)在研究碳簇時偶然發現奈米碳管(Carbon Nanotube)(CNT),其為直徑只有數個到數十奈米(nm)的多層管狀碳材。此後國際上許多的單位投入成長CNT及研究其特性,至於CNT的場發射電子特性,在西元1995年由A.G. Rinzler等人首先確立。


Carbon nano capsule

奈米碳球(Carbon Nano Capsule

  • 奈米碳球是由多層石墨層以球中球的結構所組成的多面體碳簇。粒徑約為1~100奈米、尺度約是奈米碳管的直徑,內部可以是中空或可填充金屬。

  • 奈米碳球外殼的石墨層,中央部分都是六圓環,邊角或轉折部分則由五圓環組成。奈米碳球的特殊石墨結構使其具有熱傳導性、導電性、強度佳及化學性穩定等優點。


Molecular motors

分子馬達(Molecular Motors)

  • 分子馬達的製作:美國康奈爾大學研究人員在活細胞內的能源機制啟發下,製造出了一種分子馬達,這種微型馬達以三磷酸腺苷酶為細胞內化學反應提供能量的高能分子三磷酸腺苷(ATP)作為能源。


Nanobots

奈米機器人(nanobots)

  • 以醫藥生技方面的應用來說,在西元1966 年「驚異大奇航(Fantastic Voyage)」電影中描述人類以微小化機器進入人體的奇妙旅程。如今美國科學家C. Montemagno 等人應用奈米技術成功製造出與病毒大小差不多的生物分子推進器,在酵素上裝了一個旋轉器,只要酵素上的「蛋白燃料」供應無虞,旋轉器就可以推動小船前進。想像日後這類生物分子推進器載運醫療器材與藥品可望放進人體,進行清理血管、抵抗病菌等醫療行為,就如同奈米機器人進入體內做診療的幻想得以實現。6


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繞射式雷射光學尺(LDGI)

  • 雷射光學尺」是一種超精密的量測定位儀器,整合微型光學系統、次微米光柵尺、創新積體電路應用等三要件,使量測精度達到「次奈米」,也就是比目前常聽到的奈米等級還精密十倍的定位量測技術。

  • 傳統的光學尺受限於繞射效應,無法量測比光的波長更細微的東西,一般常使用的雷射光波長約為六百多奈米,使傳統光學量測一直停留在「次微米」等級。


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