奈米的研究投影片1-PPT精选文档

運用不同大小粒徑製備之積層陶瓷電容器
9.奈米鋰離子二次電池

可反覆充放電、多次使用的電池，稱為二次電池， 其中以鋰離子二次電池的應用最為廣泛。

有研究顯示，以具有中空管狀構造的奈米碳管作 為陽極，能提供更多空間讓鋰離子進出，從而大 幅提高充放電容量，延長電池的使用時間。在充 放電速度方面，鋰離子要遷出或嵌入固體陰極材 料，需要在固體中進行擴散反應。如果將固體陰 極材料縮小至奈米尺寸，鋰離子能更容易地從固 體中擴散而出，擴散速度變快等於電池的充放電 速度加快，如此即能大幅縮短充電時間。
圖下
角膜表面具有奈米級突起的飛蛾眼睛
3.奈米與自然界（二）

很多動物的方向感絕佳，會自己找到回家的路，距離較短 者有螞蟻及蜜蜂，千里跋涉則有鴿子和鮭魚等。科學家們 在這些生物體內，都找到了奈米級磁性粒子的存在。這些 奈米磁性粒子就是生物磁羅盤，其功用是感應地球磁場的 細微差異，作為導航的依據，以找到回家的路。
奈米科技乃根據物質在奈米尺寸下之特殊物理、化學和物性質或現象， 有效地將原子或分子組合成新的奈米結構；並以其為基礎，設計、製 作、組裝成新材料、器件或系統，產生全新的功能，並加以利用的知 識和技藝。有別於傳統由大縮小的製程，奈米科技乃由小作大。
• 荷葉效應﹝Lotus effect﹞ 荷葉表面有自然的奈米級尺寸顆粒，若透過電 子顯微鏡觀察葉子表面結構，會發現葉子表面 這些奈米微粒形成小球狀凸起，而這些微小纖 毛結構讓污泥、水粒子不容易沾附，而達到自 潔的功效，這就是「蓮花出淤泥而不染」的原 因。因此奈米結構造成所謂的蓮花效應(Lotus Effect)。 • 蜜蜂 蜜蜂體內存在著磁性的奈米粒子，這些粒子具 有羅盤的作用，這就是蜜蜂飛行的導航系統了。
奈米科技與現代工業


6.奈米材料
當一種材料縮小至奈米尺度時，便會發生「小尺寸效應」 及「表面效應」。這是因為比表面積增大，位於表面及介 面的原子數增多，表面位能大幅提高，表面原子較內層原 子更活潑，所以奈米粒子具有高化學活性，導致材料的光、 聲、力、電、磁及熱學等特性，皆因奈米化而有所變化。 在光學上，奈米粒子對光及微波的吸收度顯著提高，且因 能階差變大使激發光譜與發光光譜趨向短波長，產生藍移 （blue shift）現象。力學上，縮小至一定臨界值的奈米 晶粒，硬度會隨粒徑變小而降低，且有更多擴散途徑，所 以超塑性及延展性更好。熱學方面，奈米粒子的熔點明顯 較低，易於低溫燒結，有利於材料的緻密化。化學上，奈 米粉體的吸附能力較高，表面原子活性增大，易於參與化 學反應。電學方面，奈米金屬的導電性會下降，由導體變 成絕緣體，奈米半導體的介電常數在臨界尺寸時達到最大。
具有光子晶體結構的蝴蝶翅膀


4.奈米與人體
人體是由細胞所組成。成年人約有60兆個細 胞，每個細胞的平均直徑為50微米（0.005公 分）。也許你以為細胞已經夠小了，其實細胞 內外還有許多奈米尺寸的構造及元件，負責維 持人體的正常運作。 小腸是吸收營養的主要器官，其吸收效率與表 面積成正比。人類的小腸內壁由於佈滿了皺摺 及手指狀的絨毛，絨毛上又覆蓋一層纖細的微 絨毛（直徑90~100奈米，長度1.1微米），所 以總吸收面積可達300平方公尺。
圖下
鋰離子二次電池中鋰離子嵌入及遷出的機制
10.奈米光觸媒 光觸媒就是受到照光激發時，能催化化學反應進 行的一種物質。目前最主要的光觸媒材料是二氧 化鈦（TiO2），它需要的光是在紫外光範圍。 奈米光觸媒是目前最廣泛使用的奈米材料之一， 奈米化對光觸媒的正面影響有：反應活性提高、 氧化還原能力增強、呈無色透明狀態、可穩定懸 浮及分散於溶劑中。奈米光觸媒具有抗菌、清淨 空氣、淨水、防污、防霧及醫療等六大功能。 奈米光觸媒可分解細菌的細胞膜來殺死細菌，並 進一步分解細菌的殘骸。 對環境友善的「奈米級綠色產品」光觸媒，深具 廣泛應用潛力，將帶來無窮的商機。
1.奈米是什麼？
一個奈米到底有多小？如果說地球的直徑只有一公 尺的話，一顆彈珠的直徑就相當於一個奈米。
奈米尺寸世界
2.奈米與自然界（一） 許多夜行性的飛蛾在夜間飛行時，為了避 免被敵人發現，演化出看起來異常漆黑且 不會反光的眼睛。飛蛾眼睛的角膜表面具 有奈米級的細小突起，甚至還小於光線的 波長，所以反光性極低，而且似乎可以吸 收來自四面八方的光線。 昆蟲多半體積嬌小、重量極輕，如果翅膀 上沾有一點點灰塵或水滴，在飛行時會因 重量不平均而造成問題，所以許多昆蟲的 翅膀表面具有奈米構造，即使有灰塵或小 水滴落於翅膀上，也能很輕易地將其抖落。
圖下

材料奈米化效應


7.奈米陶瓷
奈米陶瓷因比表面積大，化學反應活性高，對溫 度、濕度、氣體等外界環境變化十分敏感，所製 成的感測器具有精確、靈敏、答應速度快等優點。 奈米陶瓷材料因應用範圍極廣，已成為奈米研究 領域的重要一環。

陶瓷材料與奈米科技


8.奈米被動元件—積層陶瓷電容器
電路板可說是電子產品的心臟，上面有IC記憶體、電阻、 電容及電感等。電容器是一種被動元件，是電子產品中不 可或缺的重要元件。 採用奈米級介電陶瓷粉體的好處是，不僅可使積層陶瓷電 容器的介電層變薄，總電容量增大，更因奈米級介電陶瓷 粉體易於燒結，可使介電陶瓷層有較高的緻密性，減少介 電層中的氣孔率，故奈米化積層陶瓷電容器擁有較優異的 電氣特性。
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。 把奈米兩個字拆開，「米」是指「公尺」，「奈」 （「nano」用n表示）是一種數值記號，與我們 常用的「kilo」（用k表示）相同。 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。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ圖下

有奈米通道的人體細胞細胞膜


5.奈米與工業革命
近來奈米科技已成為新世代的發展趨勢，第四次工業革命 目前已隱然成形，將是「奈米化」的革命。預期在這波工 業革命中，化工、電子、光電、機電、生物及醫學等領域， 都將結合奈米科技的創新技術。舉凡食、衣、住、行、育、 樂的品質，均將因奈米科技的貢獻而向上提升。