物理

奈米材料〈Nanomaterial〉的應用〈Applications

奈米材料(Nanomaterial)的應用(Applications)
國立台南第一高級中學一年級林亭佑/國立台南第一高級中學物理科王俊乃老師/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

Project on Emerging Nanotechnologies (PEN),一個專門蒐集和整理奈米科技相關產品的資料庫,於2008年4月24日聲明有超過609件奈米產品存在,而且每週約有3~4件的新產品出現。所有的產品接收錄於PEN的資料庫 http://www.nanotechproject.org/inventories/consumer/。大部分的奈米科技應用僅限於第一代的被動奈米材料,包括含有二氧化鈦的防曬劑,化妝品和一些食品;碳的同素異形體用於磁帶的生產;銀被應用在食品包裝,服飾,殺菌劑和家用品;氧化應用鋅在防曬劑化妝用品,表面塗層,油漆和室外傢具亮光漆中;鈰的氧化物作為燃料催化劑。

奈米材料 〈Nanomaterials〉

奈米材料 (Nanomaterials)
國立台南第一高級中學一年級黃冠閔/國立台南第一高級中學物理科王俊乃老師/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

奈米材料學包括開發或研究在奈米級會出現獨特現象的材料
1. 界面和膠體科學研發出了多種能運用在奈米工程上的材料,例如,奈米碳管及其他種的富勒烯,各種奈米微粒和奈米桿。
2. 奈米級的材料有多種用途; 大多數的現代奈米科技商務應用都以此為基礎。
3. 奈米材料的醫療應用也有相當的進展。

奈米材料由小到大之作法
將較微小的物質組成較複雜的構造

1.DNA奈米技術運用Watson-Crick鹼基配對的特性以製造由DNA和其他核酸組成的構造。
2.傳統化工合成的方法也以設計有明確形狀的分子為目的,例如雙肽鍵。
3.分子自組裝(Molecular self-assembly)利用超分子化學及分子辨識的概念,使得單分子自動排列成有用的型態。

奈米之由〈Larger to Smaller: A Material’s Perspective〉

奈米之由(Larger to Smaller: A Material’s Perspective)
國立台南第一高級中學一年級林晉名/國立台南第一高級中學物理科王俊乃老師/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

有數種物理現象在整個系統的尺寸縮小時變得更顯著。包含了統計力學的效應,和量子力學效應,例如”量子尺度效應”固體的電子特性會因尺寸大幅度的縮小而改變。這個效應在物質由毫米級到微米級不會很顯著,但若縮小到到了奈米級的尺寸,廖子尺度效應就會出現。另外,和巨觀系統相比較有數種物理性質例如力學,電學,光學,等也產生了變化。其中一個例子就是增加材料的表面積對體積的比值,改比值會改變力學,熱學和催化等作用。奈米系統的不尋常的力學性質在奈米力學的研究上引起相當的興趣。但是奈米物質的催化性和生化物質之間的反應會有可能見有的風險。

生物液晶〈Biological Liquid Crystals〉

生物液晶(Biological Liquid Crystals)
國立台南第一高級中學二年級陳立倫/國立台南第一高級中學物理科王俊乃老師/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

在生物系統存在豐富的液向型液晶相 (Lyotropic liquid-crystalline phases),相關研究可參考 polymorphism。因此,液向型液晶在仿生化學領域中,特別引起注意。尤其,生物膜和細胞膜就是液晶的形式。因為分子(例如:磷脂 phospholipids)垂直於膜表面,而且膜可承受某一範圍內的彈性壓力,所以表現出某一些方向有彈性。這些脂質有不同的形狀(詳參<脂質多樣性 lipid polymorphism>)。分子可以輕易地混合,但不易脫離膜,因為需要很高的能量。脂質分子可以在膜與膜之間彈跳,此過程被flippase和floppase催化(與移動的方向有關)。這些液晶膜相也可以讓像感受體的重要蛋白質自由地部分在內部、或部分在外部的膜上”漂浮”,例如CCT。

二極體 〈Diode〉

二極體 (Diode)
高雄市立高雄高級中學物理科盧政良老師/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

電子元件當中,二極體是一種具有兩個(也只有兩個)電極的裝置(除了熱游離二極體thermionic diodes可能還會多一到兩條加熱用的輔助端)。二極體有兩個主要的電極可以使想要的訊號通過,大部分的使用上是應用其整流的功能。而變容二極體varicap diode則用來當作電子式的可調電容器。

大部分二極體所具備的電流方向性我們通常稱之為「整流rectifying」 功能。二極體最普遍的功能就是只允許電流由單一方向通過(稱為順向偏壓),反向時阻斷(稱為逆向偏壓)。因此,二極體可以想成電子版的逆止閥。然而實際上二極體並不會表現出如此完美的開與關的方向性,而是較為複雜的非線性電子特徵-這是由 特定類型的二極體技術決定的。二極體使用上除了用做開關的方式之外還有很多其他的功能。

半導體概論 〈Semiconductor〉

半導體概論 (Semiconductor)
國立台南第一高級中學二年級黃政翰/國立台南第一高級中學物理科王俊乃老師/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

半導體 (Semiconductors) 與絕緣體 (insulators) 是極度相似的。這兩種材料最主要的不同處在於:絕緣體擁有較大的能隙 (energy band gaps),也就是電子自由的在原子間移動時所需的能量較多。在常溫下的半導體,會像絕緣體一樣,只有非常少的電子能獲得足夠的熱能,不能跨越價帶與導帶間的能隙,可以產生電流導電。因此,在沒有電場作用下,純半導體與絕緣體擁有相近的電阻。然而,要改變有較小能隙的半導體的電學性質,除溫度外還有其他方式。

二極體 〈Diode〉

二極體 (Diode)
高雄市立高雄高級中學物理科盧政良老師/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

電子元件當中,二極體是一種具有兩個(也只有兩個)電極的裝置(除了熱游離二極體thermionic diodes可能還會多一到兩條加熱用的輔助端)。二極體有兩個主要的電極可以使想要的訊號通過,大部分的使用上是應用其整流的功能。而變容二極體varicap diode則用來當作電子式的可調電容器。

大部分二極體所具備的電流方向性我們通常稱之為「整流rectifying」功能。二極體最普遍的功能就是只允許電流由單一方向通過(稱為順向偏壓),反向時阻斷(稱為逆向偏壓)。因此,二極體可以想成電子版的逆止閥。然而實際上二極體並不會表現出如此完美的開與關的方向性,而是較為複雜的非線性電子特徵-這是由 特定類型的二極體技術決定的。二極體使用上除了用做開關的方式之外還有很多其他的功能。

光電效應 〈Photo-electric Effect〉

光電效應 〈Photo-electric Effect〉
高雄市立高雄女子高級中學物理科蔡宗賢教師

物質吸收電磁輻射(例如X光或可見光)後,放射電子的現象,稱為光電效應。我們稱放射的電子為光電子。

光電效應使我們進一步了解光與電子的量子特性,更加深我們對於波與粒子二象性的觀念,這也關係到所謂光電導效應、光電壓(光伏)效應、甚至光電化學效應。

1947 年11 月17 日—12 月23 日:第一個電晶體(Transistor)的發明

1947 年11 月17 日—12 月23 日:第一個電晶體(Transistor)的發明
高瞻計畫特約編譯蕭如珀、臺灣大學物理系楊信男 編譯/國立臺灣大學化學系陳竹亭教授 責任編輯

第一個研發電晶體的過程,遠比貝爾實驗室的科學家在1930 年代開始致力於此裝置的開發要早很多。這都是1800 年代的科學家,包括馬克斯威爾〈Maxwell〉、赫茲(Hertz)和法拉地(Faraday)等人在科學上所做的驚人發現,以致於電可以為人們所用,而發明家也應用這些科學知識來研發收音機等有用的電器品。

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