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奈米材料導論 An Introduction to Nanomaterials 評分標準 期中考 25％ 期末考 25％ 不定時抽考 25％ 分組報告與個人書面報告 25％ ftp位址:48 帳號:nano 密碼:nano port:530 大綱 Chapter 0 奈米材料序論 Chapter 1 奈米材料的製造方法 Chapter 2 奈米材料的分類 Chapter 3 奈米金屬材料 Chapter 4 奈米陶瓷材料 Chapter 5 奈米複合材料 Chapter 6 奈米磁性材料 Chapter 7 奈米感測材料 Chapter 8 奈米生醫材料 Chapter 9 奈米介孔固體和介孔複合體 第0章 Introduction--奈米材料序論 0-1 何謂奈米? 奈米(nanometer) 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。 1奈米大約是「2～3個金屬原子」，或「10個氫原子」排列在一起的寬度。 由身高1公尺的女孩開始，看看以10分之一的比例逐步縮小的世界。 奈米尺度範圍 奈米尺度範圍 奈米科技以一般說法是指由於物質在奈米尺寸下，會呈現有別於巨觀尺度下的物理、化學或生物特性、現象。所謂奈米科技便是運用這方面的知識，在奈米尺寸等級的微小世界中操作、控制原子或分子組合成新的奈米尺度結構(奈米材料)，以便展現新的機能與特性。 蓮花---蓮花效應 蜜蜂---蜜蜂身體內存在磁性奈米粒子，具羅盤的 導航功能。 墨汁---中國古代燃燒蠟燭成炭 黑作成墨的原料 寶劍---能削鐵如泥。 牙齒---堅硬無比，能承受極大、不斷咀嚼的磨耗 和壓力。 在自然界中最有名的例子就是所謂的荷葉效應(Lotus effect) ，由於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。 蜜蜂---導航功能 像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。 墨汁,寶劍,牙齒 還有像是中國古代的墨汁是燃燒蠟燭成炭黑作成墨的原料，寶劍能削鐵如泥，牙齒堅硬無比，能承受極大、不斷咀嚼的磨耗和壓力。 奈米材料(目前定義材料粒子尺寸介於 1奈米 ~ 100奈米者，稱之為奈米材料)，則是指材料具有幾何形狀，且這些形狀是表現在奈米的程度上。這些具特殊結構奈米材料，則會產生包括表面效應、特殊的光學性質、熱性質、磁性質以及力學性質等和往常材質不同的效應，使得相同的原料可以在加工後產生不同的用途。 Nanomaterial 三維空間中,至少有一維處於奈米尺度（介於1～100 nm之間）範圍中 1.零維—電子無法自由運動 2.一維—電子僅在非奈米尺度中自由運動(直線運動) 3.二維—電子可在非奈米尺度中的二維中自由活動 (平面運動) 4.三維—傳統材料（Bulk Material）的大小都在微 米以上 1.零維 奈米物質的製造 1990年以前，主要在實驗室探索用各種手段達到奈米顆粒粉体，研究評估表征的方法，探索奈米材料不同於常規材料的特殊性能。 1990-1994年間，人們關注的焦點在於如何利用奈米複合材料，奈米複合材料的合成及物性的探索一度成為奈米米材料研究的主導方向。 1994年至此，主要著眼於奈米組裝体系又涉及到奈米絲、奈米管、微孔和介孔材料等等…。奈米管的出現，豐富了奈米材料研究的內涵。 材料世界的發展史(The Material World) 0-6 奈米材料的科學和工程 材料世界的發展從西元前300萬年的木頭到西元前1萬年的陶瓷，兩者的年使用量均為10000百萬公噸。西元前5000年金屬開始出現，一直到20世紀初，才又有塑膠新材料，而1940年半導體的發現，開創了20世紀的半導體電子世代，其後1950年複合材料問世。 在20世紀末，一個全新的材料－奈米材料－誕生了，一開始便成為科技界注目的焦點和研究的重心。表二 為人類材料世界的發展史。 0-7 奈米科技改變生活