如果将作为触媒的金属粒子奈米微粒子化课件.ppt
有機EL元件,所謂的有機 EL元件，是指使用增加電壓時會發光(電激發光)之物質的裝置。將發光體蒸鍍在玻璃基板上，施加5到10伏特的直流電壓，可以產生作為顯示器的功能。在 1987年由美國伊士曼柯達開發出來，而日本也在1997年由Pioneer首次成功量產。有機EL本身自發光，所以不需要背照光，可以使顯示板薄到約 1到2釐米左右。且和液晶顯示器比起來具有較寬廣的視角，可以在低電力下動作，因此在可攜式用途上也相當有利。不過在將畫面大型化時，容易產生亮度不均的缺點，可足這個缺點也逐漸獲得解決，在數年後有機EL應該會與液晶顯示器並駕齊驅吧!,分子電子學,隨著人們對導電性高分子性質的瞭解，使用有機分子之電子學的可能性備受囑目，這稱為單一分子元件。為了提高集成度，對於作為構成要素的各個元件都必須有尺寸的界限。倘若能夠將一個分子做為一個元件的話，這樣就能達成現在想得到的最終集成度。將分子做為電子元件的構想，可以回溯到1974年IBM的亞畢拉姆(A.Aviram)和拉托那(MRaitner)在理論上預測了分子呈現二極體性質的想法。之後，於 1980年時美國海軍研究所捉出各種下同的分子裝置，吸引了化學家的興趣。,嶄新碳材料的發現,碳簇和奈米碳管是 1980年代以後被發現具有奈米等級的新穎碳同素異形體:這些物質裏隱藏著非常多的可能性。碳簇貝有足球狀的結構，呈現碳系材料中相當特殊的n形半導體特性。例如將碳族分散在共軛高分子中會呈現光導電性，所以全塑膠製的超輕太陽能電池的建構相當受到期待(圖 112)另外，最近發現在碳簇薄膜上施加偏壓的話，在50K下會成為超導等等，計多嶄新的應用報告接連不斷地被提出來。奈米碳管具有石墨捲成筒狀的結構，因為捲曲方式的不同，會具有金屬或半導體等特性。將奈米碳管應用在場發射元件上的研究正在進行中(圖1.13),有機EL元件,所謂的有機 EL元件，是指使用增加電壓時會發光(電激發光)之物質的裝置。將發光體蒸鍍在玻璃基板上，施加5到10伏特的直流電壓，可以產生作為顯示器的功能。在 1987年由美國伊士曼柯達開發出來，而日本也在1997年由Pioneer首次成功量產。有機EL本身自發光，所以不需要背照光，可以使顯示板薄到約 1到2釐米左右。且和液晶顯示器比起來具有較寬廣的視角，可以在低電力下動作，因此在可攜式用途上也相當有利。不過在將畫面大型化時，容易產生亮度不均的缺點，可足這個缺點也逐漸獲得解決，在數年後有機EL應該會與液晶顯示器並駕齊驅吧!,分子電子學,隨著人們對導電性高分子性質的瞭解，使用有機分子之電子學的可能性備受囑目，這稱為單一分子元件。為了提高集成度，對於作為構成要素的各個元件都必須有尺寸的界限。倘若能夠將一個分子做為一個元件的話，這樣就能達成現在想得到的最終集成度。將分子做為電子元件的構想，可以回溯到1974年IBM的亞畢拉姆(A.Aviram)和拉托那(MRaitner)在理論上預測了分子呈現二極體性質的想法。之後，於 1980年時美國海軍研究所捉出各種下同的分子裝置，吸引了化學家的興趣。,嶄新碳材料的發現,碳簇和奈米碳管是 1980年代以後被發現具有奈米等級的新穎碳同素異形體:這些物質裏隱藏著非常多的可能性。碳簇貝有足球狀的結構，呈現碳系材料中相當特殊的n形半導體特性。例如將碳族分散在共軛高分子中會呈現光導電性，所以全塑膠製的超輕太陽能電池的建構相當受到期待(圖 112)另外，最近發現在碳簇薄膜上施加偏壓的話，在50K下會成為超導等等，計多嶄新的應用報告接連不斷地被提出來。奈米碳管具有石墨捲成筒狀的結構，因為捲曲方式的不同，會具有金屬或半導體等特性。將奈米碳管應用在場發射元件上的研究正在進行中(圖1.13),超微粒子的應用,量子點是已知的奈米結構半導體，也逐漸與生物技術互相結合，在人類基因組計畫上，預定 2003年會確定人類的全部鹼基因排列。人類基因組計畫之所以能完全得到產業界的接受，是因為創藥(藥物設計）的方法會因為基因資訊的公開而有重大突破之故。也就是說，以前是以藥物接受體的結構分析為基礎來進行合理藥物設計(由分子結構開啟構想)，現在已經展開了一條通往基因組創藥(由基因組開啟構想)的道路，從基因層級來治療基因疾病。在這種以基因組為基礎的創藥中，各種疾病基因的探討、相關代謝路徑和藥物標的物的鑑定都很重要。在這種探索過程中，稱為DNA晶片的生物探針是強而有力的武器。DNA晶片具有辨識大多數樣品中所含極少量的抗體、酵素、基因、細菌、病毒等的功能。,超微粒子的應用,在這方面，有人提出了製作與生物體分子特異性結合的量子點的技術開發(圖 1.14)，可以利用在DNA晶片上。金屬硫化物等半導體奈米結晶會與蛋白質形成特異性的鍵結，因為鍵結的蛋白質不同而發出不同的螢光，可以用來作為生物標記。持別是具有核殼型結構的半導體奈米結晶，極有希望成為生物體物質的螢光探針。伴隨紫外線照射產生的螢光光譜相當鮮明，比以前的染料系物質具有20倍的發光強度，而且化學性質上也更安定。但是想將具有這種核殼結構的單分散奈米粒子製成特定的大小(10奈米的階層)，而且合成數個物質的組合，已經知道並不容易。已知逆微胞法等可以利用乳液模製製程來控制尺寸，但是水/油系等溶劑會因為比重不同而產生相分離，使得單分散性的維持成為問題。藉由提高乳液的分散性，以及合成實施精密尺寸控制的各種奈米粒子，可以提高作為生物標記的可能性。,觸 媒,在奈米尺寸的結晶中，由於有60%的原子位於表面上，以反電子和電洞的輸送變得容易等原因，使得它的物化性質強烈地取決於尺寸。另外，奈米等級的金屬超微粒子不會維持在單分散的狀態，而會產生凝聚，為了避免產生凝聚，以有機分子進行塗覆的處理，藉由配位適當的分子，能產生與生物體酵素類似的結構，而呈現選擇性高的觸媒特性。,光觸媒,稱為光觸媒的新材料是最近熱門的話題，光觸媒的代表物質是二氧化鈦(TiO2)。從發現本多-藤嶋效應以後，二氧化鈦就因為可以作為能量材料(由水分解生成氫)而受矚目，但是二氧化鈦對太陽能的能量轉換效率相當低，僅約為0.3%，使得對於將二氧化鈦作為能量材料的期待逐漸萎縮。而如果使二氧化鈦的尺寸奈米化，不只可以使得表面積增大、更容易反應，也可以因電子和電洞可快速到達表面，而顯現出容易產生電荷分離、反應效率增強的優點,光觸媒,另一方面，近年來發現，光觸媒不僅具有機物的氧化分解能力，還具有光引發的親水化能力，所以可以作為防污、防霧材料等自行清潔材料、而成為目光集中的焦點。無論在哪一方面，光觸媒微粒子的生成和因應功能來進行的微粒子群組裝都已經成為研發的關鍵點。,光觸媒,光觸媒的開發目標是提高太陽光的轉換效率和抑制電荷產生與再化合，所以可以將進一步提高能量轉換效率作為目標。目前正進行中的研發目標包括為了高度吸收可見光而接合微粒子和敏化劑、使光觸媒超微粒子化、完成用以抑制電荷再化合的空間結構(層結構等)等。,光觸媒,另一方面，最近為了使超親水性光觸媒在黑暗中也能保持功能，所以與上面提到的條件下，新的研究目標是達成與其他氧化物微粒子組合的空間結構。另外，藉由接合金微粒子可以達成可見光的吸收並提高效率，這點目前已確定。這個製程的要點在於均勻分散金的膠體，並且保持在二氧化鈦表面。,超微粒子的應用,量子點是已知的奈米結構半導體，也逐漸與生物技術互相結合，在人類基因組計畫上，預定 2003年會確定人類的全部鹼基因排列。人類基因組計畫之所以能完全得到產業界的接受，是因為創藥(藥物設計）的方法會因為基因資訊的公開而有重大突破之故。也就是說，以前是以藥物接受體的結構分析為基礎來進行合理藥物設計(由分子結構開啟構想)，現在已經展開了一條通往基因組創藥(由基因組開啟構想)的道路，從基因層級來治療基因疾病。在這種以基因組為基礎的創藥中，各種疾病基因的探討、相關代謝路徑和藥物標的物的鑑定都很重要。在這種探索過程中，稱為DNA晶片的生物探針是強而有力的武器。DNA晶片具有辨識大多數樣品中所含極少量的抗體、酵素、基因、細菌、病毒等的功能。,超微粒子的應用,在這方面，有人提出了製作與生物體分子特異性結合的量子點的技術開發(圖 1.14)，可以利用在DNA晶片上。金屬硫化物等半導體奈米結晶會與蛋白質形成特異性的鍵結，因為鍵結的蛋白質不同而發出不同的螢光，可以用來作為生物標記。持別是具有核殼型結構的半導體奈米結晶，極有希望成為生物體物質的螢光探針。伴隨紫外線照射產生的螢光光譜相當鮮明，比以前的染料系物質具有20倍的發光強度，而且化學性質上也更安定。但是想將具有這種核殼結構的單分散奈米粒子製成特定的大小(10奈米的階層)，而且合成數個物質的組合，已經知道並不容易。已知逆微胞法等可以利用乳液模製製程來控制尺寸，但是水/油系等溶劑會因為比重不同而產生相分離，使得單分散性的維持成為問題。藉由提高乳液的分散性，以及合成實施精密尺寸控制的各種奈米粒子，可以提高作為生物標記的可能性。,觸 媒,在奈米尺寸的結晶中，由於有60%的原子位於表面上，以反電子和電洞的輸送變得容易等原因，使得它的物化性質強烈地取決於尺寸。另外，奈米等級的金屬超微粒子不會維持在單分散的狀態，而會產生凝聚，為了避免產生凝聚，以有機分子進行塗覆的處理，藉由配位適當的分子，能產生與生物體酵素類似的結構，而呈現選擇性高的觸媒特性。,光觸媒,稱為光觸媒的新材料是最近熱門的話題，光觸媒的代表物質是二氧化鈦(TiO2)。從發現本多-藤嶋效應以後，二氧化鈦就因為可以作為能量材料(由水分解生成氫)而受矚目，但是二氧化鈦對太陽能的能量轉換效率相當低，僅約為0.3%，使得對於將二氧化鈦作為能量材料的期待逐漸萎縮。而如果使二氧化鈦的尺寸奈米化，不只可以使得表面積增大、更容易反應，也可以因電子和電洞可快速到達表面，而顯現出容易產生電荷分離、反應效率增強的優點,光觸媒,另一方面，近年來發現，光觸媒不僅具有機物的氧化分解能力，還具有光引發的親水化能力，所以可以作為防污、防霧材料等自行清潔材料、而成為目光集中的焦點。無論在哪一方面，光觸媒微粒子的生成和因應功能來進行的微粒子群組裝都已經成為研發的關鍵點。,光觸媒,光觸媒的開發目標是提高太陽光的轉換效率和抑制電荷產生與再化合，所以可以將進一步提高能量轉換效率作為目標。目前正進行中的研發目標包括為了高度吸收可見光而接合微粒子和敏化劑、使光觸媒超微粒子化、完成用以抑制電荷再化合的空間結構(層結構等)等。,光觸媒,另一方面，最近為了使超親水性光觸媒在黑暗中也能保持功能，所以與上面提到的條件下，新的研究目標是達成與其他氧化物微粒子組合的空間結構。另外，藉由接合金微粒子可以達成可見光的吸收並提高效率，這點目前已確定。這個製程的要點在於均勻分散金的膠體，並且保持在二氧化鈦表面。,金屬奈米粒子,鉑或鈀等貴重金屬足廣為人知的化學工業用觸媒，最近也廣泛用來作為淨化廢氣用的汽車用觸媒、所以需求性日益增加。如果將作為觸媒的金屬粒子奈米微粒子化，就會因為單位重量的有效表面積增加，而具有減少資源浪費以及降低成本的優點，另外附加的好處，是因為製成奈米粒子而發現了新的觸媒性能。,狹義的金屬奈米粒子是指金屬原子聚集成粒徑為1至10奈米大小的粒子，但是廣義的金屬奈米粒子大多包含到約100奈米大小的金屬或金屬氧化物、金屬錯合物等。縮小金屬所出現的奇特現象稱為量子尺寸效應。大的金屬塊通常是只有一個能量等級的狀態，但是成為奈米粒子後，會出現原子數有限的效應，形成不連續的能量等級，因而發現產生了新的電子物性。,金屬奈米粒子,金屬奈米粒子,另外，尺寸變小的優點之一是高表面積效應，舉例來說，2奈米鉑粒子的全部原子有 63是表面原子，在變成1.4奈米時會增加到76。高表面積化不僅使得表面積增加，也能提高觸媒反應中重要反應分子的選擇性。金屬奈米粒子極有可能在電子學、環境淨化、有機合成、創藥等領域上扮演重要的角色。,光子材料,由於網際網路和多媒體訊息的普及使用。使通訊量大幅增加，將現有的每秒十億位元組（gigabyte）的傳送速度提高至兆位元組(terabyte)等級的需求持續增強。不過架設全新的光纖相當耗費成本，所以有人提出利用現有光纖，以分割波長來傳送多重數據的方法。,使用於這個用途的光學元件方面，光子材料相當受到矚目。為人所知的光子材料包括擁有具加強雷射強度或轉換波長等功能的非線性光學材料，以和光波長約略相同的週期排列不同折射率材料所成的光子晶體，及雷射振動的微小球等。,光子材料,光纖放大器,全球第一條光纖海底通訊纜線的鋪設是在 1988年，當時的容量是每條纜線8000條線路。在1996年容量增大成12萬條線路(5Gb/s)，到現在已經完成了288萬條線路(12OGb/s)。之所以能達成這樣的技術革新，是因為出現了可以徹底抑制光纖中光傳送損失的材料製作技術。,其中特別重要的技術稱為光纖放大器。放大入射光的方法是在石英系光纖中摻雜約 1000ppm的鉺元素，在入射光中加人能激發鉺的光，以產生並利用稱為引發放射放大的現象。藉著組合這種技術，可以達成即使相隔800公里的距離，訊號也只衰減約1/l00的光纖系統。,光纖放大器,光子晶體,所謂的光子晶體，是指在物質中，與光波長相同程度的等級下，週期性地形成不同介電率物質的材料(圖 1.16)。光的等級約為 500奈米，與原子分子的等級相較下大得多，不過這是從材料結構的週期性相當重要的觀點著眼，而將它命名為晶體。,就像實際上半導體其有帶狀結構一樣，光子晶體對光也具有帶狀結構，所以可以進行與對電于的情況同等的控制。利用這個原理，以前只有用鏡子這種大的構件才能達成的事情，像是使光彎曲、關住光、取出特定波長的光等，都可以因為使用光子晶體而實現。,光子晶體,
