指导教授:陈永璋 老师组 员:连梅峮92114147工三甲 刘姿伶92114217工三乙
何谓奈米?
所谓的奈米实际上是一个度量单位nanometer (nm)的译名,指的是十亿分之一公尺(1 nm = 10-9m),也就是百万分之一公厘.如果要具体形容的话,就是说一个〝奈米〞大小的物体比例就等同把一颗乒乓球放在地球上一般.
一个奈米到底有多小?一个奈米大概是3~4个原子相连的长度,约等於人类头发直径的十万分之一.如果说地球的直径只有一公尺的话,一颗弹珠的直径就相当於一个奈米.
自然界奈米
在自然界的例子就是荷叶效应,表皮有覆盖著疏水性的含蜡绒毛,是属於奈米级尺寸的颗粒,这些细小突起的表皮细胞将水珠顶起,使水珠无法与叶面xx接触,微小纤毛结构让污泥、水粒子不容易沾附,含蜡绒毛又削弱水珠与叶面的吸附力量,更加强荷叶的疏水能力.只要给予少许动能,水珠就能在叶面上快速移动,将灰尘带走,而达到自洁的功效.
自然界奈米(续)
蜜蜂体内存在著磁性的奈米粒子,这些粒子具有罗盘的作用,这就是蜜蜂飞行的导航系统了.
以蝴蝶翅膀为例,其鳞片上有光子晶体的网状结构,其周期在数百奈米左右,可反射部分颜色的光,并让其余颜色的光穿透过去.当光与光子晶体所产生的夹角改变时,会使光子晶体反射不同频率的光,所以翅膀颜色会随观看角度而改变.
自然界奈米(续)
自然界奈米(续)
昆虫多半体积娇小、重量极轻,如果翅膀上沾有一点点灰尘或水滴,在飞行时会因重量不平均而造成问题,所以许多昆虫的翅膀表面具有奈米构造,即使有灰尘或小水滴落於翅膀上,也能很轻易地将其抖落.
夜行性的飞蛾在夜间飞行时,为了避免被敌人发现,演化出看起来异常漆黑且不会反光的眼睛.飞蛾眼睛的角膜表面具有奈米级的细小突起,甚至小於光线的波长,所以反光性极低,而且似乎可以吸收来自四面八方的光线.市面上已有企业模仿此种「蛾眼效应」,推出不会反光的玻璃,将来在镜片、电视及电脑萤幕上,应有可观的应用潜力.
自然界奈米(续)
奈米科技
奈米科技是指由於物质在奈米尺寸下,会呈现有别於巨观尺度下的物理、化学或生物特性、现象.所谓奈米科技便是运用这方面的知识,在奈米尺寸等级的微小世界中操作、控制原子或分子组合成新的奈米尺度结构(奈米材料),以便展现新的机能与特性.并以其为基础,设计、制作、组装成新的材料、器具或系统,使之产生全新功能,并加以利用的技术总称.
有保温、除臭功能的奈米竹碳,不易磨损的奈米合成皮制棒球.利用奈米粉粒去跟一些皮料做结合,形成一种复合式的材料,其{zj0}效果就是有很好的耐磨性,例如相关的棒球皮件、鞋子等,平常使用一段时间后就会磨损,但是经过奈米处理之后,就不容易磨损而可以用更久.
奈米材料商品化应用
奈米光触媒光触媒就是受到照光激发时,能催化化学反应进行的一种物质.目前最主要的光触媒材料是二氧化钛,它需要的光是在紫外光范围.奈米光触媒是目前最广泛使用的奈米材料之一,奈米化对光触媒的正面影响有:反应活性提高、氧化还原能力增强、呈无色透明状态、可稳定悬浮及分散於溶剂中.奈米光触媒具有xx、清净空气、净水、防污、防雾及医疗等六大功能.
奈米材料商品化应用(续)
目前已推出结合奈米光触媒的磁砖、地板、窗帘、隔墙板及xxxx等产品.奈米光触媒的强氧化能力可分解空气中的恶臭物质及有机物质,可制成多功能之冷气机、电风扇及空气清净机.涂有奈米光触媒的物体在紫外光照射下,除有分解油污的能力外,还有良好亲水性,可藉水的力量冲去表面的灰尘或油污,达成「自我清洁」的效果,应用范围包括大楼外墙、汽车烤漆等.运用此种超亲水性,於玻璃或镜面涂上奈米光触媒,可产生防雾功效.
奈米材料商品化应用(续)
奈米材料商品化应用(续)
涂有奈米光触媒的物体在紫外光照射下,除有分解油污的能力外,还有良好亲水性,可藉水的力量冲去表面的灰尘或油污,达成「自我清洁」的效果,应用范围包括大楼外墙、汽车烤漆等.运用此种超亲水性,於玻璃或镜面涂上奈米光触媒,可产生防雾功效.
奈米技术领域
虽然说奈米科技的领域相当广泛,不过就发展以及应用类型加以区分的话,还是可以分为下面三种主要类型:分别是奈米元件、奈米材料以及奈米检测技术
奈米元件:所谓奈米元件,是指以分子、原子为基础,制造具特殊功能的微小元件.而制造方法有两种,一种是由上而下的方式,就是利用微加工的方式,使较大的元件不断的微小化,{zh1}变成所需的大小,另一种则是由下而上的方式正好相反,是利用分子、原子为原料,用类似拼积木的方式,把其组装成细微元件.
奈米技术领域(续)
奈米材料:则是指材料具有几何形状,且这些形状是表现在奈米的程度上.会产生特殊的特性与功能.而这些具特殊结构奈米材料,则会产生包括表面效应、特殊的光学性质、热性质、磁性质以及力学性质等和往常材质不同的效应,使得相同的原料可以在加工后产生不同的用途.
奈米技术领域(续)
奈米检测技术:如果没有xx检测的技术,想观察奈米元件与材料之结构与性质是不可能做到的,因此必须建立奈米检测技术,以进一步研究各种奈米结构的力、光、电、磁等性质.
奈米技术领域(续)
中国奈米资讯
在北京成立奈米技术标准化技术委员会,将为鉴别奈米产品提供技术支援体系,推动奈米产品市场永续发展.对於这些产品的安全、性能和环境影响,应当建立相应的标准体系,以保障消费者使用安全和高质量的奈米产品与奈米技术.
中国奈米资讯(续)
及产业有关的国际标准目前还处於初始阶段,世界各国正在加紧部署奈米技术的标准化工作,中国已於2001年启动奈米材料标准的研究工作,如果中国能掌握机会,在奈米技术标准化工作方面,将保持与国际同步的水准.
上海交大药学院的专家为乙肝患者研制出一种「会认路」的冻干粉针制剂,让针剂长「眼」的是一种奈米级脂质颗粒,能「带领」xx向肝脏聚集,并通过肝脏代谢,不仅提高了药效,还降低了xx对肾脏的副作用.该项目正是上海未来五年中确定的七大优先研究的奈米技术领域之一「奈米靶向xx」中的一项.
中国奈米资讯(续)
总体目标为:用奈米技术改变和提升传统产业,增强国民经济和国际竞争力;用奈米技术改善环保,使城市绿色化,特别要为2010年上海世界博览会做出贡献;把奈米技术用於生物医学,保护人民健康、优化生活质量;探索奈米技术的新方向,真正做到在基础研究方面有所突破、有所创新.为努力使一批奈米科技成果实用化或产业化,形成一批具有市场竞争力的骨干企业,上海提出七个优先研究的技术领域:奈米粒子和奈米复合材料、奈米光催化材料、碳奈米管、奈米靶向xx、奈米电子学的基础研究、奈米加工技术以及奈米计量与标准化.
中国奈米资讯(续)
据悉,三年来,上海奈米科技发展依照基本布局、优势整合和重点突破的「三步走」策略,已发展和完善了相关实验室和研究中心60余个,奈米项目投入约2亿元,在基础研究和应用开发领域取得了一批高水准的科研成果.2002年上海奈米产业的产值已达2.1亿元,很多产品居国内{lx1}地位.
中国奈米资讯(续)
中国奈米技术改质之实用化路线
浙江明日公司与江苏扬州颜料有限公司合作,利用奈米材料的光学性能成功地合成出高性能奈米系列复合颜料 ,成本降低很多,为企业创造了可观的经济效益.传统涂料普遍存在悬浮稳定性和触变性差、不耐老化、光滑度不高等缺陷,添加奈米材料改性,生产出的新涂料一改传统产品的不足.将奈米粉体添加到陶瓷中制成的奈米陶瓷制品,其硬度、耐磨性、韧性、抗冷热疲劳等性能均可得到明显提高 .
中国奈米技术改质之实用化路线(续)
中国大陆在80年代著手於奈米技术的基础与应用研究,将奈米技术研究列入为国家计画,xx总经费约达700万美元,在渖阳成立了「渖阳材料科学国家(联合) 实验室」,目前,中国已在奈米技术部分领域取得{sjlx}的原创性研究成果,1999年大陆中科院物理研究所得到直径为1.3奈米的信息储存点,当时世界最小的直径为40奈米.(资料来源:2001 / 5 / 1 2中国时报;基础科学两岸差距日益扩大;作者:中国文化大学董事长张镜湖先生)
中国奈米材料商品化应用
奈米材料冰箱在中国科协所举办的奈米技术产业化研讨会上,美菱集团推出的新一代奈米材料冰箱,其在xx内衬门把手、防霉门封条、复合增强材料、陶瓷涂料、清味器等应用了奈米技术,使冰箱内食物储存环境得到极大改善,增强了冰箱的抑菌保鲜功能,与中科院固体物理研究所联合成立了美菱纳米家电研究中心.已在奈米材料应用於改善塑料制品的xx性、耐磨性、耐高温、耐腐蚀、耐老化,以及产品之增韧、自洁、抗静电、紫外光屏蔽等方面,取得了一系列研发成果.
中国奈米材料商品化应用(续)
奈米软式排球利用奈米材料,解决了球体与奈米材料合理结合的难题,制造出奈米软式排球.这种奈米排球像荷花叶子一样不沾水,不沾灰尘.虽然奈米技术属於高科技,但是奈米排球的价格却跟普通排球差不多.采用奈米技术的排球,其成本每颗仅比普通排球多1元多人民币.
中国奈米材料商品化应用(续)
奈米铁钉天津大学奈米工程研究中心用从市场上买的普通水泥钉,藉由奈米技术进行了简单的金属处理后,可在铁钉内部形成了一个个直径约为2~6奈米的碳化铁颗粒,根本上改变了钢钉的内部结构,大幅地提高了钢钉的硬度,使其能够轻松钉穿3mm左右的普通钢板.
中国奈米材料商品化应用(续)
奈米机动车轮胎材料天津大津轮胎胶囊厂与本市方氏化工技术有限公司合作,利用奈米技术研制出一种全新的、具有超越性能的新型橡胶材料.此一新型橡胶材料恢复了奈米氧化物的一次颗粒形态,使轮胎模具的使用次数由400次提高到500次,在耐热性、抗氧化性等方面打破了原有的极限,使机动车轮胎质量提高、生产成本明显下降的目标.
中国奈米材料商品化应用(续)
奈米领带中国大陆中科院的科学家应用奈米表面处理技术,可使蚕丝、羊毛、棉等纺织品兼具拨水和拨油特性.在不影响纺织物基本物性下,使织物经奈米表面处理技术而获得如同荷叶表面结构相似功能-出污泥而不染.
奈米市场之未来商机预估
近年来,各国相继投入奈米技术研发,美国於2000年投入2.7亿美元,2002年倍增为5.2亿美元,日本每年耗资十亿美元;中国大陆与台湾亦将奈米技术列为xxxx科技计画,国内於工研院成立应用奈米技术中心,预计未来六年内斥资新台币230亿元,致力研发奈米材料、奈米电子、奈米光电、奈米化学品及奈米生物科技等五大领域,相关产业产值可望於2008年达到新台币3,000亿元,主要是化纤、造纸、橡塑胶及钢铁等传统产业,将有八百家厂商投入;预估2012年产值可达一兆元,主要是电子、半导体、生技、材料、化工、钢铁、人纤及橡塑胶等高科技及传统产业.