化學與社會

柯氏循環

柯氏循環 (Cori Cycle)
國立臺灣師範大學化學研究所碩士生江宣儀/國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

柯氏循環 (Cori cycle) 是由發明者Carl Cori Gerty Cori1929年定義並命名。

柯氏循環 (Cori cycle) 就是能量於骨骼肌組織、肝臟之間的循環。在新陳代謝過程中,乳酸 (lactate) 可經由無氧醣解反應 (anaerobic glycolysis) 於肌肉組織中產生,而部分的乳酸會進入肝臟中,並進一步產生成醣新生反應 (gluconeogenesis) 產生葡萄糖 (glucose)。而葡萄糖又可回到肌肉組織中,再次利用後產生乳酸,以此循環。

染髮劑(Hair Dyes)

染髮劑(Hair Dyes
台北市立永春高級中學化學科蔡曉信老師/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

理想的染髮劑須具備下列幾項標準:
1.
須對毛幹無害,能充分染著毛髮,但不得失去毛髮之光澤。

2. 使用時對身體不得具有害作用。

3. 不會使皮膚發炎。

4.對陽光、空氣、鹽水須安定,使用如髮油、髮膠 (Hair Lacguer)、肥皂、非肥皂等化粧品時不得變色或產生溶解現象。遇鹼、氧化劑、還原劑時其顏色不得消失。這些標準是相當嚴格,故市面出售之染髮劑尚未有完全滿足這些標準之商品。

金屬玻璃(Metallic Glass)

金屬玻璃(Metallic Glass
臺北市立第一女子高級中學化學科何鎮揚老師/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

金屬或合金在融熔狀態下緩慢冷卻,得到的是晶態金屬或晶態合金。如果在融熔狀態下以極高的速度驟冷(冷卻速度為 106 K/s),因原子來不及有序化排列,形成的是非晶態金屬或合金,這種結構與玻璃的結構極為相似,所以稱為金屬玻璃。普通玻璃是矽酸鹽或矽的氧化物,它們的顯著特點是脆而透明;而金屬玻璃與普通玻璃則相反,它們是韌而不透明的。

傳統金屬材料都是以晶態存在,在20世紀50年代,科學家從電鍍膜上發現了非晶態合金的存在,60年代利用激光法從液態獲得非晶態的金矽(Au-Si)合金,70年代後開始採用熔體旋轉急冷法製備非晶薄帶,作為金屬材料的非常規結構形態。非晶態金屬與合金,顯現出一些特異的性質,引起人們極大的興趣,而成為金屬材料的一個新領域。

物理氣相沈積法(Physical Vapor Deposition,PVD)

物理氣相沈積法(Physical Vapor Deposition,PVD)
臺北市立第一女子高級中學化學科何鎮揚老師/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

氣相沉積法分為物理氣相沉積法(physical vapor deposition,PVD)和化學氣相沉積法(chemical vapor deposition,CVD);前者不發生化學反應,後者發生氣相的化學反應。

物理氣相沉積法是利用高溫熱源將原料加熱至高溫,使之氣化或形成等離子體,然後在基體上冷卻凝聚成各種形態的材料(如單晶、薄膜、晶粒等)。所用的高溫熱源包括電阻、電弧、高頻電場或等離子體等,由此衍生出各種PVD技術,其中以陰極濺射法和真空蒸鍍較為常用。

光纖(Optical Fiber)

光纖(Optical Fiber
台北市立永春高級中學化學科蔡曉信老師/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

光纖是一種利用玻璃或塑膠的纖維所製造而成用來當作輸送光線的工具。其管徑的大小約為萬分之一公尺,只比人類的頭髮稍粗,而微細的光纖封裝於塑料護套中,可以讓光纖能夠彎曲而不至於斷裂。

一、光纖傳輸的原理:
一般的光纖維是由導光芯材(core)與覆蓋膜(clad)兩種材料所組成,因此依所使用材料的折射率可分為全反射型(Step-IndexSI)與集束型(Grad –lndexGI)兩型。SI 型的外層覆蓋膜折射率比芯材折射率低,入射光在此兩界間起全反射來傳送光能,目前市售的塑膠光纖維多屬於SI型,芯材料為聚甲基丙烯酸甲酯(Po1ymethyl methacrylatePMMA)。GI型是芯的折射率從纖維中心向外連續遞減,此種設計使得光沿著芯的中心軸以曲線向中心軸集束傳送,如新的塑膠光纖的材質氟化聚合物則屬於GI型。

環境荷爾蒙 (Endocrine Disrupting Chemicals)

環境荷爾蒙 (Endocrine Disrupting Chemicals
台北市立永春高級中學化學科蔡曉信老師/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

環境荷爾蒙是一些人造的化學物質,造成環境污染後,透過食物鏈再回到我們身體(或其他生物体內),它可以模擬我們體內的天然荷爾蒙,而影響了我們身体內的最基本的生理調節機能,例如:模仿人體荷爾蒙的作用(如模擬女性動情激素)、改變體內分泌荷爾蒙的濃度 、改變體內分泌荷爾蒙活性物的濃度,而讓生育能力改變。

環境荷爾蒙對生態及人體的影響
早在多年前,英國學者就發現了在英國國內某條河川中,找不到雄性的魚類。同一時間,世界各地的生物學者也開始注意到這個現象。在許多地方,也陸陸續續發現到,雄性動物的比例過低,就像突然消失了一般。尤其是在美國醫師會會報上,華盛頓世界資源研究所的戴維斯博士,指出了男女出生兒的比率發生了顯著的變化,全球的男嬰出生率正在逐年下滑,更引起了全球的重視。另外,也有許多報告指出,女性的發育速度正在逐漸加速,使得乳房發育、月經等,第二性徵出現的年齡逐漸降低。更糟糕的是,男性精液中所含的精子數量也在逐漸減少當中。而造成這些問題的元凶,極有可能就是環境荷爾蒙。

壓電材料

壓電材料 (Piezoelectric Material)
臺北市立永春高級中學化學科蔡曉信老師/國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

物質受壓力(應力)而產生電流的現象稱為壓電效應(Piezoelectric effect),此乃利用能量轉換(Transducer)原理把機械能(Mechanical energy)轉變成電能的方法。

具有壓電性質的材料種類很多,在1942年發現鈦酸鋇(BaTiO3)具有壓電性質後,科學家陸續發現陶瓷類的鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛(Lead zirconate titanatePZT)及單晶類的鈮酸鋰、鈮酸鉀、石英、電氣石、羅德鹽(Rochelle saltPotassium sodium tartrate)與薄膜類的氧化鋅等都具有壓電的特性。此外,天然的高分子中亦有一些物質具有此種性質,如骨骼、聚氨基酸、DNA、木材等。人工合成的聚合物中的聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟氯乙烯、耐隆11等也具有較強的壓電性能。

超強吸水聚合物(Superabsorbent Polymers,SAP)(二)

超強吸水聚合物(Superabsorbent PolymersSAP)(二)
臺北市立第一女子高級中學化學科何鎮揚老師/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

三、超強吸水高分子的合成
1.
澱粉類高吸水性樹脂的製備方法
先將丙烯腈接枝到澱粉等親水性天然高分子上,再加入強鹼使氰基(-CN)水解成羧酸鹽和醯胺基團。這種接枝化反應通常採用四價鈰作引發劑,反應在水溶液中進行。用該方法製得的高吸水性樹脂雖有較好的吸水能力,但由於反應體系的黏度通常很大,水解反應不可能十分徹底,最終產品中會殘留有毒的丙烯腈單體,故限制了它們的應用。

日本三洋化成公司採取的改進方法是將澱粉和丙烯酸在引發劑作用下進行接枝共聚。這種方法的單體轉化率較高,殘留單體僅0.4 %以下,而且無毒性。中國的長春應用化學研究所採用60Coγ射線照射玉米澱粉和花生澱粉產生自由基,然後在水溶液中引發接枝丙烯醯胺,得到了吸水率達2000倍的高吸水性澱粉樹脂。

超強吸水聚合物(Superabsorbent Polymers,SAP)(一)

超強吸水聚合物(Superabsorbent PolymersSAP)(一)
臺北市立第一女子高級中學化學科何鎮揚老師/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

傳統的吸水材料如棉花、紙張、海綿、泡沫塑料等吸水倍率有限,一般只有自身重量的20倍,且稍加擠壓,極易失去水分,與之相比,高吸水樹脂(也稱超強吸水性聚合物superabsorbent polymers)則具有獨特的優勢,它是一種含有羧基(-COOH)、羥基(-OH)等強親水性基團,並具有一定交聯度的水溶脹型高分子聚合物,既不溶於水,也難溶於有機溶劑,具有吸收自身幾百倍甚至上千倍水的能力,且吸水速率快,保水性能好;即使加壓也難把水分離出來。因此,高吸水樹脂在石油、化工、建築、醫藥衛生和農業等部門有著廣泛的用途。例如用作堵水劑、脫水劑、增黏劑、速凝劑、土壤改良劑、結露防止劑、保水劑、保鮮劑和防臭劑等,加入到紙漿和布中還可做紙尿布、紙餐巾、衛生巾等衛生材料。

超低溫合金(Cryogenic Alloy)

超低溫合金(Cryogenic Alloy
臺北市立第一女子高級中學化學科何鎮揚老師/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

一、超低溫材料的特殊要求
通常把常溫以下至熱力學零度的溫度範圍稱為低溫。針對不同的特定用途,同低溫領域的構造物,必須利用與之相適應的合金材料。

1)防止低溫脆性
一般合金在低溫下強度會增加,但是延伸率、斷面收縮率、衝擊值(impact value)等都會下降,從而產生脆性破壞。例如,鐵素體鋼(ferrite1呈體心立方結構,在溫度達到-200 ℃左右,就會出現韌性-脆性轉變,這是體心立方結構金屬的固有特性。添加鎳的材料,例如添加13 %的鎳,可以使其過渡溫度下降至液氦溫度(-269 ℃),即在液氦溫度以上不會出現低溫脆性。

防止低溫脆性的另一種方法是採用面心立方結構的金屬,例如鋁合金、奧氏體2系(austenite)不鏽鋼等。現代研究表明,1912年鐵達尼號豪華輪船在北海與冰山相撞後迅速沉投,就是由於那時候所用的鋼材中硫、磷含量高,在冰冷的海水中與冰山碰撞發生脆性斷裂所致。

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