纳米材料的应用

國立宜蘭大學食品科學系 National Ilan University, Department of Food Science
圖 花粉負離子奈米保濕水
陳輝煌 Hui-Huang Chen
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II. 我國奈米技術產業化近況
表VI-3 奈米材料技術商品化時程圖
表VI-4 工研院奈米技術開發成果表
產業別 顯示器 材料 碳奈米管(CNT) 配向膜材料 噴墨材料(<30 nm) 加工技術 可網印之場發射顯示器 (FED)製程 藍/白光LED用藍寶石晶 圓 無 機 材 料 記 錄 媒 體 (ARMI, 220nm膜厚) 自組裝帄坦化陶瓷基板 (1-5nm building block) 高潤濕性電池隔離膜(2-5 nm結 構) 奈米電極/觸媒 高儲能電容材料(2-50 nm 孔徑) 奈米黏土複合材料 金觸媒 化學機械研磨液 生技 生物奈米材料(金膠體<20 nm) 電漿表面處理 可應用之元件/產品 CNT-FED(10吋彩色雛型， 車用) SiGe/Si量子點
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* ZnO2或TiO2 -- 使用ZnO2(過氧化鋅)或TiO2(二氧化 鈦)製成80-100nm大小奈米粒子製 作防曬乳液
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LED 光儲存 構裝基 板 儲能
母模技術(Mastering, 70nm) DVD-R碟片 積體被動元件/裝置 鎳 氫 電 池 ( 已 佔 7% 世 界 市 場)；鋰電池(開發中) DMFC(Direct Methanol Fuel Cell) 超高分子量聚合物(分子量 >100萬) 口罩 晶圓拋光 生物晶片 標的給藥微脂粒(100 nm)
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(3) 如美容美髮護理劑： a. 奈米氧化鋅粉末性質 * 無毒、無味、對皮膚無刺激性、分解、 不 變質、熱穩定性好 * 本身為白色，可以簡單地以著色 * 具有很強的吸收紫外線的功能，對UVA 和 UVB均有屏蔽作用 * 具有滲透、修復功能 b. 奈米氧化鋅粉末的應用 適用於作美容美髮護理劑中的活性因子 * 大幅度提高護理效果 陳輝煌 Hui-Huang Chen
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Nano materials-V application
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7. 在分子組裝上的應用
(1) 奈米材料的發展分為三個階段 a. 製備奈米粒子、合成塊體、評估表 徵、探索特殊性質 b. 設計奈米複合材料 c. 分子組裝等 (2) 奈米級微粒的尺寸大小及均勻程度 仍是技術瓶頸
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(3) 奈米保健食品：可降低自由基的活性 a. 科學家最早投入研發的奈米保健食品 是奈米硒（Se） b. 奈米硒具有高生物活性、高純度、穩 定性 c. 奈米硒去除自由基的活性為無機硒的 五倍，在免疫調節及抑制腫瘤的靈敏 度上，也比有機硒提高許多
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(4) 奈米過濾(nano-filtration) NF為介於RO及UF之間的過濾方式 ，常用於除礦化(demineralization)和 濃縮去除分子量在100~500的物質
4. 在光電領域的應用
(1) 利用奈米技術結合微電子與光電子， 使光電器件在光電資訊傳輸、貯存 、處理、運算及顯示等性能大幅提 昇 (2) 發展光學高速數學運算、高速雷射器 (3) 如高性能電極材料，大幅度提高放電 效率
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5. 在化工上的應用 (1) 奈米材料的化工性質 a. 奈米粒子比表面積大，光催化效率高 b. 奈米粒子生成的電子、空穴到達表面之 前 ，大部分不會重新結合 故可到達的數量多，化學反應活性高 c. 奈米粒子分散在介質中為透明性 可觀察界面間的電荷轉移、質子轉移、 半 導體能階結構及表面態密度 (2) 已發展奈米光觸媒、奈米靜電屏蔽材料 陳輝煌 Hui-Huang Chen 、
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8. 在其他領域上的應用
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(1) 生物技術--如抗菌劑： a. 奈米氧化鋅粉末在陽光(尤其在紫外 線)的照射下，在水和空氣中能自行 分解出自由移動的帶負電的電子（e），同時留下帶正電的空穴（H+） b. 空穴激活空氣中的氧變為活性氧(有 極強的化學活性)，能與多種有機物 發生氧化反應（包括細菌內的有機 物），把大多數病菌和病毒殺死
化學或物理指標的變化極為敏感
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(3) 奈米導向劑 將以奈米磁性顆粒為載體的藥物注 入人體後，藥物在外磁場的作用下 會聚集於體內的局部 (4) 其他如分子機器人、生物導彈及其 他奈米生醫材料
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奈米銀抗菌機制~
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破壞細菌細胞膜，或強烈吸引細菌體中蛋白 的硫氫基並迅速結合，降低細菌原生物的酵 素活性，產生抗菌作用；同時藉由緩釋銀離 子，發揮持久的抗菌效果
(1) 利用奈米粒子的量子效應設計並製 備 奈米量子器件 (2) 終極目標是將積體電路縮小，研製 由 單原子或單分子構成的各種器件 (3) 如微電子和計算機技術
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3. 在生物工程上的應用
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奈米銀殺菌作用與一般抗生素藥物之比較表
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表 奈米銀對致病(食品)菌之抗菌作用
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(5) 軍事領域--如吸波材料： 奈米金屬粉末對電磁波有特殊的吸 收作用 a. 可作為軍用高性能毫米波隱形材料 b. 可見光--紅外線隱形材料和結構式隱 形材料 c. 手機輻射屏蔽材料
I. 奈米材料及技術的應用 1. 在陶瓷領域的應用 (1) 奈米陶瓷指顯微結構中的物相具有 奈米級的陶瓷材料 (2) 有良好韌性，可大幅彎曲而不斷裂 (3) 例如：仿有機結構之無機複合產物
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2. 在電子學上的應用
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(4) 奈米化妝品：
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a. Nanocapsule * 奈米碳球(130~600nm)所製成的化妝品 * 結構非常微小，很快滲透進入皮膚內 層 * 材料是生物相容性的聚合物 * 實務製作上仍有技術上的困難
c. Micro ElectroMechanical Systems 奈米大小的皮膚偵測系統 * 包含偵測儀、機電系統與含醫學資訊的軟體 * 與手腕皮膚的接觸，它會很快地分析出適合 該皮膚使用的保養品 d. Nanorobotor * 利用奈米機器人製作成染髮劑、洗髮精 * 操作頭髮生長的快慢 * 變色唇膏
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b. Nanoparitcle
* 表面效應 -- 當金屬或化學原料的大小改變時， 性質也會改變 -- 表面積越大，金屬作為觸媒的化學 作用會更有效率
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c. 殺菌效果：奈米氧化鋅的濃度為1%時， 在5分鐘內金黃色葡萄球菌的殺菌率為 98.86%，大腸桿菌的殺菌率為99.93%。
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(1) 生物分子是很好的資訊處理材料 a. 分子是保持物質化學性質不變的最 小單位 b. 生物分子本身就是 一個微型處理器 (2) 如發展分子電腦
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(2) 奈米洗衣機、抗菌衣：抗菌效果可達 99.9% a. 洗衣機內部塗上一層奈米材料可抑制黴菌 的生長 b. 奈米層狀銀系無機抗菌防黴母粒與纖維， 具有抗菌功效，如大腸桿菌及金黃葡萄球 菌的抗菌效果都達到99.9%，對淋病及肝 炎病毒的預防有很大功效 c. 可製成抗菌衣物，也能用在家電製品、日 用品、文具、玩具、醫療用品及建築材料 等
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6. 在醫學上的應用
(1) 研究生物大分子的精細結構及功
能
獲取生命資訊，進行診斷或治療 (2) 疾病檢測指示劑 奈米粒子微細結構使其對環境中 的
化工
插層、剝離、押出聚合 反 應 ( 介 孔 洞 ， mesoporous) 奈米級二氧化矽膠體粒
表V-5 國內已經利用奈米技術開發的產品與公司一覽表
源自文库
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-- 和一般利用有機分子形成紫外線隔 離 層之防曬乳液的差異 i 可以有效隔離紫外線 ii 不會對敏感性皮膚造成過敏 iii 透光性 iv 奈米粒子越小，防曬效果越好 15-20nm的奈米粒子是奈米防曬乳 液 的極限 陳輝煌 Hui-Huang Chen