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 (TiO2) 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=1×10-9m ，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。

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

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

優點1. 具高活性2. 提升介質間的接觸面積3. 縮短本身反應時間4. 展現較原本大數倍以上的熱傳機制5. 光吸收率大6. 特殊的光電效應

實例1. 奈米碳管抗斷裂能力為鋼鐵材料的 12倍2. 蓮花出淤泥而不染3. 自淨玻璃4. 5nm 大小的金原子熔點大幅下降5. 奈米大小的 TiO2導電、熱度為一般大小 TiO2的數百倍6. 奈米銅材料比一般銅堅固

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

超疏水性疏水蠟質結晶 (wax crystal)

超疏水性表面張力作用形成水珠。

自潔能力【圖 1】 【圖 2】

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。

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

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

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

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

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)

二氧化鈦 (TiO2) 1.俗稱鈦白2. 存在於銳鈦礦、金紅石、板鈦礦等3.可用鈦鐵礦 (FeTiO3) 製備之

二氧化鈦 (TiO2) 1. N-型半導體2.白色不溶性粉末3.折射率大4.利用外圍 3d軌域之 4個價電子和氧原子鍵結

用途比較光催化級 顏料級

粒徑 (nm)

0.5-20 210

表面積 (cm2)

200 8

密度 (g/cm3)

3.9 4.2

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+O2TiO2本身不分解。與光合作用反應類似。

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

圖示

真假奈米光觸媒 1. 沉澱物有無2. 甲基藍檢驗法

真奈米光觸媒：藍→無色

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