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材料科技 （1）導電高分子 （2）奈米材料 （3）生物模擬材料 材料科技 材料與文明：石器文化?青銅器文化?鐵器文化?塑膠時代與半導體時代?？ 材料與鍵結：金屬鍵? 金屬材料；離子鍵?陶瓷材料；共價鍵?高分子材料 化工與材料：化學工程：研究、生產、與製造化學相關物質的學科，強調化學材料製程的開發。材料科技：物質之製程?結構?性質?性能。材料科技注重材料熱處理、相結構與固態性質，化工注重化學反應工程、相平衡與輸送現象。固態相平衡是材料熱力學的主要內容，化工熱力學則以氣-液相平衡為主。 材料科技基本原理 物質與宇宙：生命體與非生命體之結構與性質均由原子及其鍵結所決定。 機械性質與熱性質：鍵結長度與鍵結能。 光、電、磁性質：鍵結原子種類及原子數目、鍵結類型? 能帶結構。 固體形態與原子排列之長程有序規則性：單晶、多晶態、非結晶玻璃態。 導電高分子 共軛高分子結構。 經氧化還原反應進行共軛高分子摻雜程序。 化學摻雜?抗靜電塗料；EMI shielding。 電化學摻雜?電致變色元件；防蝕塗料；二次電池應用。 光摻雜?非線性光學材料；太陽能電池。 界面摻雜? 發光二極體；薄膜電晶體。 共軛分子結構 共軛高分子結構 共軛高分子結構 正摻雜態聚乙炔導電機構 典型共軛導電高分子結構 場效電晶體結構 高分子發光二極體元件與材料 奈米技術 奈米技術是指處理具有下列特徵之材料或系統的技術： (1)至少有一維物質尺度介於1~100 nm (2)經由程序的設計能控制分子尺度結構的物理與化學屬性 (3)奈米尺寸的物質可結合形成較大尺度的結構 (4)物質透過奈米結構可得到優異的電性質、機械性質、化學性質、光學性質、生化性質等。 奈米結構特性 (1)小尺寸效應：比表面積大 (2)表面效應：表面活化能大 (3)量子尺寸效應：離散能階與能階間隙大 (4)量子侷域效應 ：粒子動量因空間侷域效應變大 奈米粒子粒徑與性質關係 塊材能帶與原子團簇能階結構 電子與光子的量子侷域效應 分子設計與材料化示意圖 奈米材料應用領域 生物模擬材料 *Biomimetics即指生物模擬的藝術。以生物模擬為觀點所進行的生物材料設計、加工及應用，其意涵在於：以自然為模型、以自然為評估標準、以自然為師。 1.對生命友善的製造過程 2.井然有序的階層結構組織 3.自動裝配製程 4.?蛋白質晶體模板 生物系統無機硬質材料 珍珠貝應力-應變模型 生物礦化模型 蛋殼生成示意圖 結論--科技創造時代的面貌 農業時代：獸力+人力 工業時代：征服空間 (classic physics+periodic table) 資訊時代：征服時間(modern physics + internet) 生物物質時代：征服物質(nanotechnology + genome) 結合奈米技術與生物技術發展以物質設計(matter design),原子操縱 (atomic manipulation),程序製程(process production)為主軸的生物物質(bioterials)科技 * 1,3-丁二烯 聚乙炔 聚乙炔 金屬-絕緣體-半導體FET(MISFET) 金屬-半導體FET(MESFET) 薄膜電晶體(TFT) (a)以長鏈高分子為entropic spring模型圖 (b)三種不同類型分子之應力-延伸曲線 *