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走入微觀── 奈米新科技

走入微觀── 奈米新科技. 鳳和中學：蔡孟儒. 綱要. 奈米介紹 最原始的生物奈米 奈米物質特性 奈米材料與產品的開發 光觸媒 二氧化鈦 (TiO 2 ) 真假奈米光觸媒 . 何謂奈米 ?. 奈米為一長度單位，英文 nanometer ，簡稱 nm 。 1nm=1×10 -9 m ，相當於三到四個原子串聯起來的長度。 奈米科技：舉凡做尺度介於 0.1( 或 1)~100nm 間的物理化學研究，或是以此相當尺度之材料、測量技術的開發稱之。. 最原始的生物奈米. 生物體將生命重要的遺傳訊息存於此奈米大小般的物質上──去氧核糖核酸 DNA. 生技奈米的應用.

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走入微觀── 奈米新科技

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Presentation Transcript

  1. 走入微觀──奈米新科技 鳳和中學：蔡孟儒

  2. 綱要 • 奈米介紹 • 最原始的生物奈米 • 奈米物質特性 • 奈米材料與產品的開發 • 光觸媒 • 二氧化鈦(TiO2) • 真假奈米光觸媒

  3. 何謂奈米? • 奈米為一長度單位，英文nanometer，簡稱nm。 • 1nm=1×10-9m，相當於三到四個原子串聯起來的長度。 • 奈米科技：舉凡做尺度介於0.1(或1)~100nm間的物理化學研究，或是以此相當尺度之材料、測量技術的開發稱之。

  4. 最原始的生物奈米 • 生物體將生命重要的遺傳訊息存於此奈米大小般的物質上──去氧核糖核酸DNA

  5. 生技奈米的應用 • 生物奈米科技的主要方向係以生物分子為出發點探討相關之科技奈米技術 EX: • 基因治療 • 複製動植物、複製人 • DNA奈米環

  6. 奈米物質特性 • 與一般物質異同處：奈米物質： • 質量變輕、體積縮小 • 曲度、表面積均增大 • 導熱、導電度提升 • 磁性的改變

  7. 優點 • 具高活性 • 提升介質間的接觸面積 • 縮短本身反應時間 • 展現較原本大數倍以上的熱傳機制 • 光吸收率大 • 特殊的光電效應

  8. 實例 • 奈米碳管抗斷裂能力為鋼鐵材料的12倍 • 蓮花出淤泥而不染 • 自淨玻璃 • 5nm大小的金原子熔點大幅下降 • 奈米大小的TiO2導電、熱度為一般大小TiO2的數百倍 • 奈米銅材料比一般銅堅固

  9. 蓮花效應(Lotus-effect) • 超疏水性(superhydrophobicity) • 自潔能力(self-cleaning)

  10. 超疏水性 • 疏水蠟質結晶(wax crystal)

  11. 超疏水性 • 表面張力作用形成水珠。

  12. 【圖1】 【圖2】 自潔能力

  13. 奈米材料與產品的開發 • 高能電池 奈米碳管電池： • 小體積容大能量，能量轉換效率高。 • 比傳統電池持久一倍，重量為傳統電池的一半。 • 奈米高能電池電動車取代汽車、柴油車。

  14. 奈米晶體 • 奈米製程晶片 • 速度快 (100倍Pentium4) • 90奈米高階晶片 • 手機多功能化 • 80奈米之金屬鎵(Ga)碳奈管 • 奈米溫度計

  15. 其他 • 奈米牙膏 • 奈米氣喘警告手錶 • 間諜功能的智慧灰塵 • 奈米玻璃 • 奈米碳管顯示器 • 隱形塗料

  16. 光觸媒 • 利用光所提供的能量進行催化作用的觸媒稱之 • 具半導體特性 • 價電帶和導電帶之能量距須適當

  17. 光觸媒材料 • 利用特定波長光能行催化作用 • ZnO、CdS 、SnO2 、WO3 、Nb2O5、ZrO2 、TiO2

  18. 光觸媒的特性優點 • 降低活化能 • 本身不參與化學反應 • 可重複使用 • 除臭殺菌(EX:葡萄球菌、大腸菌) • 防霉(EX:霉菌) • 空氣清淨(分解NOX、SOX)

  19. 二氧化鈦(TiO2) • 俗稱鈦白 • 存在於銳鈦礦、金紅石、板鈦礦等 • 可用鈦鐵礦(FeTiO3)製備之

  20. 二氧化鈦(TiO2) • N-型半導體 • 白色不溶性粉末 • 折射率大 • 利用外圍3d軌域之4個價電子和氧原子鍵結

  21. 用途比較

  22. 本多藤島效應 • 東京大學藤島青年實驗結果 • 以TiO2半導體單結晶做為電極，另一極以Pt做為電極置於水中。 • 用氙燈照射TiO2單結晶產生氣體。 • 氣層分析：TiO2產生O2；Pt產生H2。 • 2H2O→2H2+O2 • TiO2本身不分解。 • 與光合作用反應類似。

  23. TiO2的反應機制 • 吸收特定波長(380~400nm)激發出電子形成電洞 • 利用氧還反應機制： • O2→O3- 、O2-(超氧離子)… • H2O→H2-、OH-(氫氧自由基)… • 小分子有機物、灰塵、細菌病毒、臭味…→CO2、H2O

  24. 圖示

  25. 真假奈米光觸媒 • 沉澱物有無 • 甲基藍檢驗法 • 真奈米光觸媒：藍→無色

  26. 參考資料來源 http://www.feli.com.tw/nano/whatisnano.htm http://www.i-sun.com.tw http://www.nano.org.tw http://www.nano.fcu.edu.tw/nanointro.htm http://nano.nchc.gov.tw/dictionary/lotus_effect.php http://nano.nchc.gov.tw/dictionary/photocatalyst.php http://www.g-group.com.tw/technology/smallnanopo.htm http://sars.easylife.com.tw/greenprod.htm http://www.little.com.tw/little/faq2.php3?bquestion=光觸媒簡介 http://www.tatung.com/b5/air/know/know1.htm http://www.tatung.com/b5/air/know/know3.htm

  27. ~THE END~

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