化學與社會

形狀記憶合金(Shape Memory Alloy,SMA)(一)

形狀記憶合金(Shape Memory AlloySMA)(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

一、形狀記憶合金特點
形狀記憶材料是指具有一定初始形狀的材料,經形變並固定成另一種形狀後,利用加熱、照光、通電等物理刺激或化學刺激的處理,又可恢復成初始形狀的材料,包括合金、複合材料及有機高分子材料等。1932年,瑞典人奧蘭德(A. Ölander)在金鎘合金中首次觀察到記憶效應,即合金的形狀被改變之後,一旦加熱到一定的溫度時,它又可以變回到原來的形狀,人們把具有這種特殊功能的合金稱為形狀記憶合金(shape memory alloySMA)。記憶合金的開發時間不長,但由於其在各領域的特效應用,正廣為世人所矚目,被譽為神奇的功能材料

形狀記憶合金( Shape Memory Alloy,SMA)(二)

形狀記憶合金( Shape Memory AlloySMA)(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、形狀記憶合金材料
至今為止,已發現有十幾種記憶合金體系,可以分為:Ti-Ni-系、銅系、鐵系合金三大類,包括Au-CdAg-CdCu-ZnCu-Zn-A1Cu-Zn-SnCu-Zn-SiCu-SnCu-Zn-GaIn-TiAu-Cu-ZnNi-A1Fe-PtTi-NiTi-Ni-PdTi-NbU-NbFe-Mn-Si等,它們有兩個共同特點:
1.
彎曲量大,塑性高;
2.
在記憶溫度以上恢復以前形狀。

緩釋劑(Time-Release Medications)

緩釋劑(Time-Release Medications)
國立台北科技大學工程科技研究所吳威毅博士/國立台灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

身體不舒服就到醫院去看醫生,經過醫生診斷治療,到藥局拿藥,吃了藥病就會好,這是大部分的人都會做的事。但是我們到底吃了甚麼藥,藥是何時開始發揮效用又可持續多久,可能就不是大多數人會去關注了解的。一粒藥丸,即使是一顆大大的藥錠,真正有療效的成分(active ingredients)只有少少的幾毫克甚至更少。一般而言,當藥物進入到人體內10-30分鐘,藥中有療效的成分就會開始釋放出來,隨著時間過去藥效消失需要再次服藥。在重複服藥的過程中,血液裡藥物的濃度隨時間大幅變動,造成血液中藥物濃度時而過高(甚至高過最佳治療濃度)以至於副作用明顯,時而過低難以發揮治療效果。「緩釋劑(Time-released medications)」因此應運而生。緩釋劑可以在人體內讓藥品有效成分的釋出被有效控制,藥物更加平穩的發揮療效。

透析(Dialysis)-滲透之應用(一)

透析(Dialysis)-滲透之應用(一)
國立台北科技大學工程科技研究所吳威毅博士/國立台灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

當一張半透膜(Semipermeable membrane)隔開溶液和純溶劑或兩種不同濃度的溶液時,由於兩端溶液濃度的差異,純溶劑或低濃度溶液端的溶劑會通過半透膜滲入至高濃度端,這一現象稱為滲透(Osmosis)。滲透是重要的生理現象之一,生物利用滲透將氧氣與養分從血液運送至細胞,同時將身體產生的廢物從細胞中移除。

玻璃(Glass)(四)

玻璃(Glass)(四)
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

彩色玻璃
彩色玻璃往往是通過添加著色劑實現的,玻璃中的著色劑能對投射到玻璃上的白光進行選擇性的吸收,從而改變了透過玻璃光線的光譜組成,使玻璃顯示出各種顏色。在光學、光化學上,還可利用具有截止波長(cut-off wavelength)的有色或近似無色玻璃來濾除某些不需要波段的光,如紫外光濾光片等。顯色的強弱與著色劑的種類及數量有關,也與工藝制度有關,根據著色劑在玻璃中的狀態,可把著色劑分為離子著色劑和膠體著色劑兩類。部分著色劑與對應玻璃的顏色關系如下表所示。離子著色劑主要包括一些有色金屬氧化物和鹽。 

 

玻璃(Glass)(三)

玻璃(Glass)(三)
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

特殊玻璃
一、特種玻璃
1. 鋼化玻璃
鋼化玻璃是一種表面增強的高強度玻璃。位於玻璃表面的缺陷是使其產生一般低強度的決定因素,這些缺陷降低了材料所能承受的張應力。如果能在玻璃表面層中產生“永久性”壓應力,就可使玻璃製品的強度比常規狀態高。要使這樣的製品發生斷裂,就需要較高的張應力。這是因為在使這類表面缺陷承受張應力之前,必須先克服表面的壓應力。經過處理而使表面處於壓應力狀態的玻璃被稱為鋼化玻璃。

使玻璃表面層產生壓應力可以用熱處理或化學處理的辦法。在熱處理鋼化方法中,將玻璃成品放入電爐中加熱至接近軟化點的溫度然然後從爐中取出,用多管式空氣噴槍進行快速冷卻。這種處理稱為風冷淬火。另外,矽油、石蠟、樹脂焦油也可作為淬火介質,為液冷淬火。也還有用鹽類做淬火介質的。這後兩類介質常用於厚度小於2.5~3 mm的玻璃製品,此時玻璃表面層迅速變硬,但表面的初期熱收縮引起了仍處於接近軟化點的中間層中的黏流,當中間層最終冷到能發生明顯的黏滯弛豫溫度之下時,在玻璃的厚度方向將出現一個溫度梯度。直到玻璃體在室溫中達到熱平衡狀態時,這個溫度梯度才得以消除,而在這個過程中,較熱的中間層必將比接近表面的部分發生較大的收縮。這個收縮差將導致內應力,該應力在接近表面處為壓應力,在中間層則為張應力。

玻璃(二)

玻璃 (Glass)(二)
臺北市立第一女子高級中學化學科何鎮揚老師/國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

玻璃的種類
玻璃通常按主要成分分為氧化物玻璃和非氧化物玻璃。非氧化物玻璃品種和數量很少,主要有硫系玻璃和鹵化物玻璃。硫系玻璃可截止短波長光線而通過黃、紅光,以及近、遠紅外光,其電阻低,具有開關與記憶特性。鹵化物玻璃的折射率低,色散低,多用作光學玻璃。氧化物玻璃又有石英玻璃、矽酸鹽玻璃、鈉鈣玻璃、氟化物玻璃之分。產量最大、品種最多的是矽酸鹽玻璃。

玻璃(Glass)(一)

玻璃(Glass)(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

玻璃通常是以石英砂、純鹼、長石及石灰石為主要原料,在高溫爐內熔融,發生複雜的物理變化、化學反應後,形成無機氧化物的熔融混合物,如氧化矽、氧化鋁、氧化鉀/氧化鈉、氧化硼等,高溫熔化成氧化物的連續網絡結構,冷卻過程中黏度逐漸增大並硬化形成非結晶矽酸鹽類的無機非金屬材料,它們並沒有特有的固定的組成,非結晶性是其區別於陶瓷、水泥材料最顯著的結構特徵。

不同種類的玻璃,其化學成分各不相同,但含量最高的還是非晶二氧化矽,一般為50%~80%,在石英玻璃中更高達98%以上。SiO2在玻璃中構成骨架,賦予玻璃良好的化學穩定性、熱穩定性、透明性、較高的軟化溫度、硬度和機械強度。但含量增大時,熔融溫度升高,玻璃液黏度增大。SiO44-四面體結構為其基本構築單元。普通玻璃還含有氧化鉀/氧化鈉、氧化鈣等其他氧化物。

顯影劑

顯影劑 (Contrast Medium)
國立臺灣師範大學化學研究所曾麗宇碩士生/國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

顯影劑是一種置入人體後,可使組織影像對比改變的物質。普通X光片無法清楚的看到胃、腸、膽道、泌尿系統、血管等,要把這些構造顯現出來,就可以使用顯影劑。然而顯影劑造成的a不良反應,卻是醫師及病患的一大夢魘。早在1920年代醫界便開始使用顯影劑,最早的顯影劑為無機碘的化合物(inorganic salts),由於毒性強、滲透壓大,注入體內容易引起反應,造成相當的危險。其後經過不斷的改善,發展出有機碘化合物 (organic compounds),降低了滲透壓及粘稠度,雖減少了一些不良反應,但還是不盡理想。到了1980年代,新一代的非離子 (non-ionic)顯影劑發展出來,大大提高了安全性,現在常用的顯影劑多屬於此類。

透明陶瓷(Transparent Ceramics)

透明陶瓷(Transparent Ceramics)
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

傳統陶瓷是以長石、石英和黏土為主要原料,經混合、粉碎、成型及燒結等過程製得。陶瓷中主要含有三種化學成分,一種是低熔點的鹼金屬氧化物,如氧化鉀和氧化鈉;一種是構成矽酸鹽的主要成分,即二氧化矽(SiO2);還有一種是氧化鋁(Al2O3)。在長期的生產製造中發現,瓷坯中含Al2O3量越高,瓷坯的燒結溫度越高,性能會越好。如果用純的Al2O3,燒結溫度可達2000 ℃,能製成潔白如玉、堅硬非凡的氧化鋁陶瓷(也叫剛玉)。加入燒結助劑可降低氧化鋁陶瓷的燒結溫度,如加入氧化鎂(MgO),不僅可使燒結溫度降到1400 ℃以下,而且可以獲得幾乎完全緻密的透明剛玉瓷。

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