元智大學 化學工程與材料科學學系兼環境科學研究中心主任
講座題目:奈米催化科技與生活品質提升
演講者:林錕松 教授
第10週:101/4/25(週三)15:10~17:00
記錄:劉佳俊
講座主持人:李季燃 所長
記錄者指導教授:林明俊,孔光源 教授
心得:什麼是奈米??
在 1-100 nm 的範圍製造與操控,此不僅促成元件微小化,也讓材料的新特性被發現,為產業運用帶來新機會、新產品與新品質。奈米科技的世界為原子、分子、高分子、量子點和高分子集合,並且被表面效應所掌控,如范德瓦耳斯力、氫鍵、電荷、離子鍵、共價鍵、疏水性、親水性和量子穿隧效應等,而慣性和湍流等巨觀效應則小得可以被忽略掉。舉個例子,當表面積對體積的比例劇烈地增大時,開起了如催化學等以表面為主的科學新的可能性。
凡得瓦力??
在化學中通常指分子之間的作用力。根據荷蘭物理學家約翰尼斯·迪德里克·范·德·瓦爾斯命名。凡得瓦力是一種電性引力,它比化學鍵弱得多。其中分子的大小和凡得瓦力的大小成正比。通常其能量小於5kJ/mol。
凡得瓦力的大小會影響物質尤其是分子晶體的熔點和沸點,通常分子的相對分子質量越大,凡得瓦力越大。水(氧化氫)比硫化氫的相對分子質量小,但由於存在氫鍵,熔沸點反而更高。
生活中有很多的奈米現象,蓮葉自潔效應(抗污塗料)、海龜、螃蟹、鴿子等生物的磁感導航(衛星導航)、蛋白石及蝴蝶的虹彩效應(戶外螢幕看版)
奈米固然是非常小的尺度,但是奈米科技並非只可應用於微小材料、元件和系統。如果能製作出大面積奈米微結構(MEMS/NEMS),則奈米特性可展現在巨觀的物品上。故奈米科技對於產業的影響是全面性的。現今奈米科技訴求的是近分子原子等級的物質操控、設計和製造,奈米科技對於產業的影響是全面性的。
奈米材料具有傳統材料所不具備的物理、化學特性,如原本導電的銅到奈米級界限就不導電,原來絕緣的二氧化矽、晶體等,在奈米級界限時開始導電。由於奈米材料具有顆粒尺寸小、比表面積大、表面能高、表面原子所占比例大等特點。
銅顆粒尺寸 10nm 表面原子分佈比例 20% 比表面積 90 m2/g
1nm 99% 900 m2/g
奈米量子尺寸效應,粒子表面原子鍵結狀態可能因嚴重失配或重組,導致新的化學平衡系統,與原先傳統化學平衡大相逕庭,傳統上一般化學平衡體系中所認定之不可逆反應,到了奈米材料系統則可能變成可逆,而可逆反應則可能變為不可逆,甚至傳統材料相圖中,完全無法互熔的物質,在奈米材料系統下形成固融體。
高級奈米技術,稱為分子製造,用於描述分子尺度上的奈米工程系統(奈米機器)。無數例子證明,億萬年的進化能夠產生複雜的、隨機優化的生物機器。在奈米領域中,我們希望使用仿生學的方法找到製造奈米機器的捷徑。
在 1-100 nm 的範圍製造與操控,此不僅促成元件微小化,也讓材料的新特性被發現,為產業運用帶來新機會、新產品與新品質。奈米科技的世界為原子、分子、高分子、量子點和高分子集合,並且被表面效應所掌控,如范德瓦耳斯力、氫鍵、電荷、離子鍵、共價鍵、疏水性、親水性和量子穿隧效應等,而慣性和湍流等巨觀效應則小得可以被忽略掉。舉個例子,當表面積對體積的比例劇烈地增大時,開起了如催化學等以表面為主的科學新的可能性。
凡得瓦力??
在化學中通常指分子之間的作用力。根據荷蘭物理學家約翰尼斯·迪德里克·范·德·瓦爾斯命名。凡得瓦力是一種電性引力,它比化學鍵弱得多。其中分子的大小和凡得瓦力的大小成正比。通常其能量小於5kJ/mol。
凡得瓦力的大小會影響物質尤其是分子晶體的熔點和沸點,通常分子的相對分子質量越大,凡得瓦力越大。水(氧化氫)比硫化氫的相對分子質量小,但由於存在氫鍵,熔沸點反而更高。
生活中有很多的奈米現象,蓮葉自潔效應(抗污塗料)、海龜、螃蟹、鴿子等生物的磁感導航(衛星導航)、蛋白石及蝴蝶的虹彩效應(戶外螢幕看版)
奈米固然是非常小的尺度,但是奈米科技並非只可應用於微小材料、元件和系統。如果能製作出大面積奈米微結構(MEMS/NEMS),則奈米特性可展現在巨觀的物品上。故奈米科技對於產業的影響是全面性的。現今奈米科技訴求的是近分子原子等級的物質操控、設計和製造,奈米科技對於產業的影響是全面性的。
奈米材料具有傳統材料所不具備的物理、化學特性,如原本導電的銅到奈米級界限就不導電,原來絕緣的二氧化矽、晶體等,在奈米級界限時開始導電。由於奈米材料具有顆粒尺寸小、比表面積大、表面能高、表面原子所占比例大等特點。
銅顆粒尺寸 10nm 表面原子分佈比例 20% 比表面積 90 m2/g
1nm 99% 900 m2/g
奈米量子尺寸效應,粒子表面原子鍵結狀態可能因嚴重失配或重組,導致新的化學平衡系統,與原先傳統化學平衡大相逕庭,傳統上一般化學平衡體系中所認定之不可逆反應,到了奈米材料系統則可能變成可逆,而可逆反應則可能變為不可逆,甚至傳統材料相圖中,完全無法互熔的物質,在奈米材料系統下形成固融體。
高級奈米技術,稱為分子製造,用於描述分子尺度上的奈米工程系統(奈米機器)。無數例子證明,億萬年的進化能夠產生複雜的、隨機優化的生物機器。在奈米領域中,我們希望使用仿生學的方法找到製造奈米機器的捷徑。
資料擷取至維基百科、林錕松 教授、網路上