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高中科學選修節目 「窺探納米世界」 教師參考資料 節目對象： 科目 物理科 班級 中四至中六 節目長度： 十七分鐘 學習重點： 納米標度下材料的物理性質 在納米標度下觀察 透射電子顯微鏡的原理 內容簡介 本節目分成四個部分： 納米是甚麽 納米是長度單位，十億分之一米等於一納米，人類一條頭髮的直徑大約是六萬至八萬納米。十分之一米大約是一個身高一米小女孩的小手；一百分之一米大約是皮膚表面；一千分之一米約是皮膚表面的細部；一萬分之一米是身體的細胞；十萬分之一米約是染色體的長度；一百萬分之一米約是染色體的基本纖維；一千萬分之一米，即一百納米，約是染色體基本纖維構造；一億分之一米，即十納米， 約是DNA的雙螺旋；十億分之一米，即一納米，約是DNA的分子結構。 2. 透射電子顯微鏡 透射電子顯微鏡主要分為兩部分：電子槍和磁透鏡系統。 電子槍陰極經過加熱，產生電子，電子被陽極以高電勢加速，再被聚焦磁透鏡聚成方向一致的平行束，然後穿過樣本。穿過樣本的電子經磁物鏡聚集於像面，於像面成像。所成像再經中間磁鏡和投影磁鏡擴大，形成最後的影像。透射電子顯微鏡的分辨率比光學顯微鏡高出很多，可以達到0.1納米。 納米材料的不同形式 「納米材料」一般是指任何大小，包括長度、面積或體積達至納米標度，即1至100 nm的材料。納米材料有多種不同的形式，每種形式都有不同形狀和結構。常見納米材料有納米線、納米管和納米粒子等等。納米技術重要在於當一些物料大小到達納米標度時，會出現不尋常的性質。當一個物體縮細，表面面積對體積的比例會增加。納米材料的表面面積與體積的比例很巨大，而增加表面面積會加快物質的化學反應、表面吸收能力和催化能力，同時能夠產生本來正常物質不可出現的結構。當物質縮小到納米標度下，就能夠保持穩定地存在，碳是擁有這種特性的物質之一。於上世紀八十年代之前，科學家只知道碳包括「由碳原子連成平面狀的石墨」和「由碳原子整齊排成四面體結構的鑽石」，直至C60的發現才有所突破。C60是由六十個碳原子所構成的分子，這個分子由十二個正五邊形和二十個正六邊形成一個和足球形狀一模一樣的一個球狀圓殼。除C60 之外，科學家也相繼發現C70 、C76、C78、 C82 等分子，這些由碳原子構成的籠狀分子，稱為富勒烯(fullerene)。 納米碳管 碳原子除可以排列成球狀外，還可以排列成圓筒狀的長管，這些管被稱為納米碳管。單壁的納米碳管像一條無縫鋼管，由一個單原子層的石墨捲曲而成，直徑從十分之一納米到幾十納米不等；多壁納米碳管則是由多層石墨捲起的同心圓筒。納米碳管不單形狀獨特，而且性質都很特別，例如：納米碳管根據直徑大小、碳原子螺旋排列角度和方向，可以變成導電的「金屬」，亦可以變成不易導電的「半導體」。納米碳管是最細小而最堅固的材料，比鋼堅固五十到一百倍，但重量只是鋼六分之一。由於輕但具有高堅韌度，納米碳管開始應用於一些高階的體育設備上面，例如：網球拍、爬山車的手柄、高爾夫球桿等等。不過，納米碳管其中一個最受矚目的研究，將會是平板顯示器上的應用。 使用建議 教師宜一次過播映本節目全部。 教師宜在播映前加插五至十分鐘播映前的準備活動，然後播映節目。節目播映完畢，再用十至十五分鐘與學生討論，以鞏固知識。教師可參考下列建議活動，酌情選用。 建議活動 以下活動，僅供教師參考。教師可因應學生的學習能力、課堂的學習環境和教學時間酌情選用。 播映前的準備 教師可向學生發問他們如何認識「納米」這名詞 播映後的活動 與學生重温本節目的內容 教師可引導學生探討納米對現代科技為何重要