|麼養題
奈米材料的表面效應
「奈(nano)」這一前綴詞源自於希臘文,本意是「矮子」或「侏儒」的意
思。「奈米」是一個長度計量單位,意指1公尺的十億分之一(105°公尺),通常
用 nm 表示,這個尺度大約等於人類頭髮直徑的萬分之一。奈米技術,則是在奈米
尺度(1 ~ 100 奈米)上研究物質的特性與相互作用,以及利用這些特性的技術 。
在奈米技術中,奈米材料是最主要的研究對象。奈米材料又稱為超微顆粒材料,是
由奈米粒子組成,奈米粒子一般是指尺寸在1 ~ 100 奈米間的粒子,當材料的顆粒
縮小到只有幾奈米到幾十奈米時,微粒內包含的原子數僅為10²~10′個,其中有
50% 左右為表面原子。由於顆粒表面相對活躍的原子數量與顆粒內部結構穩定的原
子數量之比例大大增加,使得材料顯示出許多奇特的物理性質。直徑大於 100 奈米
表面積
體積
的顆粒,其
的比值還很小,所以其表面效應可忽略不計,但是當顆粒尺寸
€
小於 100 奈米以下,其
表面積
的比值會急劇增大,例如僅僅1克的超微顆粒之總
體積
表面積就可以高達 100 平方公尺,這時的表面效應將不容忽略。在金屬奈米顆粒表
面上的原子十分活潑,因此可用金屬奈米顆粒之粉體作為火箭的固體燃料或催化劑。
實驗證實只要在火箭發射之固體燃料中加入 1% 重量比的超微鋁或超微鎳顆粒,則
每克燃料的燃燒熱將會增加 10 倍。
要想像微小的尺度,往往透過比例之換算會有比較明確的感覺,試著做以下的練習:
T28x101
01 已知地球直徑為 12800 公里,一顆海灘球的直徑約為 12.8 公分,將一顆海灘球
放在地球表面上,這兩者之大小比例相當於把一顆多少奈米的超微顆粒放在海灘
球上?
(A) 0.128 (B) 1.28 (C) 12.8 (D) 128 (E) 1280.
-)22 已知球體的表面積A是與其半徑r平方成正比(A=4r²),球體的體積V是與其
半徑r立方成正比(V=")。若有一個球狀的奈米顆粒其尺寸由 100 奈米縮
小到5奈米, 則其
(A)
1
400
1-3 物理學簡介
(B)
表面積
體積
(C) 1 (D) 20 (E) 400 。
1
20
之比值將會變為原來的多少倍?
