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奈米科技概論期末報告 摩擦力與奈米表面

奈米科技概論期末報告 摩擦力與奈米表面. 奈微所碩一 周伯印 Q26974077. Outline. 前言 動機 實驗流程 補充 參考文獻. 前言. 摩擦力 兩個互相接觸的物體，其間有相對運動或相對運動的趨勢時。接觸面會生出一個阻止相對運動之力，即為摩擦力。 若兩物體間有相對運動，此時之摩擦力稱為 " 動摩擦力“ 若兩物體間只有相對運動之趨勢而無相對運動，此時之摩擦力稱為 " 靜摩擦力 " 。. 前言. 摩擦現象的解釋

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奈米科技概論期末報告 摩擦力與奈米表面

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  1. 奈米科技概論期末報告摩擦力與奈米表面 奈微所碩一 周伯印Q26974077

  2. Outline • 前言 • 動機 • 實驗流程 • 補充 • 參考文獻

  3. 前言 • 摩擦力 兩個互相接觸的物體，其間有相對運動或相對運動的趨勢時。接觸面會生出一個阻止相對運動之力，即為摩擦力。 • 若兩物體間有相對運動，此時之摩擦力稱為"動摩擦力“ • 若兩物體間只有相對運動之趨勢而無相對運動，此時之摩擦力稱為"靜摩擦力"。

  4. 前言 • 摩擦現象的解釋 摩擦力的應用在日常生活隨處可見，如：以釘子釘入物體、人走路、車子加速前進或剎車等。我們都知道要使一塊固體在另一塊固體表面上滑動，必須克服一阻力(最大靜摩擦力)。早期認為阻力和物體的重量成正比，而和接觸面積的大小無關。迄今則發現實際影響摩擦力大小的主因，是和物體原子實際接處的面積與性質有關。 在我們平常慣用的摩擦力公式在此公式中影響摩擦力的只有介面的摩擦係數和正向力，但是其實真正影響的因素很多，例如： • 兩物體接觸的緊密程度→大氣壓力。 • 兩物體本身性質→黏滯性。 • 兩物體接觸面積〈不確定是否為影響摩擦力的真正因素〉。 • 剪應力。

  5. 前言 • 影響摩擦力的因素： • 接觸面的性質： 接觸面粗糙則摩擦力大，接觸面光滑則摩擦力小。 例：粗砂紙摩擦力較細砂紙大。 • 作用於接觸面的力： 接觸面的力愈大，摩擦力愈大，接觸面的力愈小，摩擦力愈小。 例：卡車的重量比小汽車重，所於和地面的作用也相對較大，故卡車較不容易起動。

  6. 動機 • 一般認為最大靜摩擦係數公式: μMg＝mg μ＝m/M • 摩擦力是否只與正向力與表面粗糙度有關? • 與接觸面積的大小是否有關係?

  7. 實驗器材 • 1.保麗龍 • 2.砝碼多組 • 3.滑輪2組 • 4.美耐板(30cmX40cm)2片 • 5.玻璃片(10cmX10cm) • 6.沙子 • 7.棉線 • 8.細鐵線 • 9.奈米塗料

  8. 實驗流程 • 實驗一: 保麗龍面積大小對最大靜摩擦的影響 • 實驗二: 在不同刻痕數目的保麗龍上放置不同重量對美耐板最大靜摩擦力的影響 • 實驗三: 在保麗龍的表面塗上一層奈米塗料，量測摩擦力大小

  9. 實驗流程 • 實驗四: 在美耐板的表面塗上一層奈米塗料，量測摩擦力大小 • 實驗五: 在美耐板表面塗上一層奈米塗料放置一灘水，量測摩擦力大小

  10. 實驗流程 • 實驗一: 保麗龍面積大小對最大靜摩擦的影響 1.分別割4X4，5X5，6X6， 8X8(cmXcm)的保麗龍。 2.放1塊10X10的玻璃片在保麗 龍上，再把保麗龍放在美耐 板，用細鐵線綁住保麗龍， 棉線經過滑輪連接載盤和細 鐵線，開始測量面大小對摩 擦力的影響。

  11. 實驗流程 • 實驗一: 保麗龍面積大小對最大靜摩擦的影響 3.將不同重量的砝碼加在保麗龍上，用細鐵線綁住保麗龍，棉線經過滑輪連接載盤和細鐵線，依序測量重量對摩擦力的影響。

  12. 實驗流程 • 實驗二: 在不同刻痕數目的保麗龍上放置不同重量對美耐板最大靜摩擦力的影響 1.割數塊10x10的保麗龍，再分別刻不同數目的刻痕，第1塊割1個4cm的刻痕，第2塊割2個2cm的刻痕，第3塊割4個1cm的刻痕，第4塊割8個0.5cm刻痕(深度都是1.5cm)。 2.3同實驗一。 4.開始測量，將沙子慢慢的加入在盤內觀察物體，只要物體一移動，此時在盤的總量即為此物體的最大靜摩擦力。

  13. 實驗流程 • 實驗三: 在保麗龍的表面塗上一層奈米塗料，量測摩擦力大小 1.將實驗一、二的保麗龍表面塗上奈米塗料。 2.同實驗二的2.3.4來量測摩擦力的影響。

  14. 實驗流程 • 實驗四: 在美耐板的表面塗上一層奈米塗料，量測摩擦力大小 1.將美耐板表面塗上奈米塗料，並使用實驗三的保麗龍進行實驗。 2.同實驗二的2.3.4來量測摩擦力的影響。

  15. 實驗流程 • 實驗五: 在美耐板表面塗上一層奈米塗料放置一灘水，量測摩擦力大小 1.將美耐磚表面塗上奈米塗料，並且在其上面灑上一灘水並使用實驗三的保麗龍進行實驗。 2.同實驗二的2.3.4來量測摩擦力的影響。

  16. 結論 • 在實驗一、二的實驗過程中，我們可以知道其摩擦力與表面積接觸大小是無關的，而與其接觸的正向力有關。 以下預測: • 在塗上奈米塗料表面後，如表面均勻，其因表面粗糙度較均勻，其摩擦力會比沒有塗上奈米塗料的表面來的小。 • 在奈米塗料上面灑上一灘水，其物體經過時，會因其塗料性質的不同，亦會有不同的摩擦力大小。

  17. 補充 • 奈米塗料 主要是由奈米材料與有機塗料複合而成，應具備兩個基本條件： 一、是至少有一相顆粒尺寸在 1 ～ 100nm 。 二、是由於奈米晶相的存在，塗料性能顯著提高或具備新功能。 廣義上說，奈米塗料材料還包括材料中含有奈米晶相的金屬奈米塗層材料和經奈米粒子之間的熔融、燒結複合得到的無機奈米塗層材料。目前國內奈米塗料主要集中在建築外牆塗料的耐候性及內牆塗料的抗菌性、耐沾汙等功能。而工業用塗料、特種功能性塗料的研發落後於發達國家。奈米塗料有許多種類，性能也有許多不同之處，塗料的發展有以下幾個方面： • 耐候性：一些奈米粒子對於紫外線有較強的吸收能力，因此，將TiO2、SiO2、ZnO 等顆粒填充於塗料中，可顯著提高塗料的紫外線吸收性，從而提高戶外用塗料的耐氣候性。

  18. 力學性能：某些奈米材料用於塗料中，可以大幅提高有機塗層的力學性能，如改善塗層的耐磨性、耐劃傷性、硬度、強度及韌性等，可以用於汽車面漆、汽車玻璃、眼鏡鏡片、建築物玻璃、地板、船艦易磨損易腐蝕金屬部件等的保護，大大延長產品的使用壽命。 • 其他功能性塗料：採用奈米技術可製成奈米介面塗料，其塗膜介面為既疏水又避油的超雙親性二元協同介面，將其塗在建築材料上，任何油質、水、灰塵等都不會存留於表面的。利用奈米粒子對紅外反射性能隔熱塗料，用於玻璃幕牆、海上鑽井平臺、油罐、石油管道、機車、飛機表面、船殼等的隔熱。

  19. 參考文獻 • 國中物理 生活化實驗設計學習模組--- 摩擦力 http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/modules/%BC%AF%C0%BF%A4O/%BC%AF%C0%BF%A4O.html • 摩擦力，「針」是不好測!!http://sfs2.ymsc.chc.edu.tw/sfs3/data/school/ymsc_docs_2005/1224385943.pdf • 週日閱讀科學大師_Friction with nanosurfacehttp://science.nchc.org.tw/old_science/nano_mems/nanofinalreport.html • 奈米塗料http://www.pijh.hc.edu.tw/11/science/%A9`%A6%CC%BE%C7%B2%DF%A8%A4/%A9`%A6%CC%B6%EE%AE%C6.ppt

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