奈米

3D 有趣實驗:微奈米鐵粉燃燒

3D 有趣實驗:微奈米鐵粉燃燒
國立臺北教育大學自然科教育系 周金城副教授

前言

草酸亞鐵Fe(C2O4)在試管中加熱後,因草酸根受熱分解,使得草酸亞鐵有機會少部分變成鐵粉,此時迅速蓋上塞子隔絕空氣。在加熱的過程中,如果在試管管口點火,可以觀察到管口有火焰可以燃燒,因此推斷有CO 氣體生成(如式1)。CO因為有還原性,所以再將部分FeO 還原成Fe,此時鐵粉顆粒非常細(如式2)。因迅速蓋上蓋子,所以細微的鐵粉沒有機會和空氣中的氧氣反應成氧化鐵或氧化亞鐵。

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待冷卻後,在空氣中打開試管塞,將鐵粉倒落下,就可以看到烙下的鐵粉與空中的氧氣作用,形成產生火光。原因是形成少部分微奈米鐵粉的顆粒非常細,所以在空中倒下鐵粉的過程中,微奈米級鐵粉與空氣中的氧氣劇烈反應,溫度快速上升而燃燒產生火光。

實驗影片

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化學技術與應用
【2014諾貝爾化學獎】如何將光學顯微鏡變成奈米顯微鏡

【2014諾貝爾化學獎】如何將光學顯微鏡變成奈米顯微鏡

艾瑞克・貝齊格(Eric Betzig),史蒂芬・海爾(Stefan W. Hell)以及威廉・莫納(William E. Moerner)等三人得到了2014年的諾貝爾化學獎,這是因為他們越過了一個科學上設想的限制,也就是一個光學顯微鏡永遠無法超越0.2微米的解析度規格。利用分子的螢光,科學家現在可以監看在細胞內部分子之間的相互作用;他們可以觀察與疾病相關的蛋白質之聚集,也可以在奈米的尺度裡追蹤細胞的分裂。 紅血球細胞、細菌、酵母菌細胞以及游動精子:當科學家在十七世紀第一次開始在顯微鏡下研究活體組織時,一個新的世界在他們的眼前打開。這是微生物學出世之際,從此之後,光學顯微鏡成為生命科學家工具箱裡面最重要的工具之一。其它的顯微鏡術,例如電子顯微鏡,其所需的準備方法最終會殺死細胞。 發亮的分子越過了物理的屏障 然而,有一段很長的時間,光學顯微鏡被一個物理的屏障所阻礙,限制了所能解析的結構大小。在1873年,顯微鏡學家恩斯特・阿貝(Ernst Abbe)發表了一個方程式,證明了光學顯微鏡的解析度是如何受到光的波長,以及一些其它的因素所限制。因此這導致科學家們,在二十世紀的大半時間裡,相信光學顯微鏡是永遠無法用來觀察那些比所用的光之波長的一半還小的物體,也就是0.2微米(200奈米;微米 = 10-6 米 = 103奈米) (圖一)。細胞裡一些胞器的輪廓,例如細胞的發電機粒線體,雖可以看到,但是幾乎不可能分辨更小的物體,因此譬如想要追蹤細胞裡蛋白質分子之間的相互作用,就無法做到,這好比能看到一個城市的建築物,但卻無法看出市民如何的生活,和如何為其生存而努力。為了瞭解一個細胞如何的運作,你必須能追蹤個別的分子如何的工作。

看植物如何將鈀廢液變奈米粒子

看植物如何將鈀廢液變奈米粒子
臺大化學系學生 林宇軒編譯/臺大化學系 蔡蘊明教授責任編輯

利用植物會吸收重金屬的例子已時有所聞,很多受重金屬汙染的土地都利用這個方式吸收重金屬,以淨化土壤,但是最新的研究發現植物不只會吸收重金屬,還能幫你製造出奈米粒子催化劑!

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阿拉伯芥。圖片來源|tc.wangchao.net.cn

2010 年諾貝爾化學獎頒給了發展鈀催化劑的三位研究者,其運用包括知名的鈴木反應(Suzuki reaction),許多鈀催化劑不論是製造人類治療疾病所需要的藥物,或是合成電子產業正在尋找與開發的可放光化學物質,都佔有重要的一席之地,在現今的世界中大量使用,大大的影響了我們的生活。

但隨著鈀催化劑的廣泛使用,含有鈀的廢液也在大量的產生,加拿大約克大學的詹姆士‧克拉克(James Clark)團隊就利用阿拉伯芥苗吸收廢液中的鈀離子,藉此回收鈀這個昂貴的稀有金屬,但更令人驚訝的是,吸收進來的鈀竟然在阿拉伯芥葉子中形成了奈米粒子,而這個奈米粒子的催化能力甚至要比市售的鈀催化劑還要來的更好!

上而下

上而下 (Top down)
臺中縣立新社高級中學物理科陳俊清老師/國立彰化師範大學洪連輝教授責任編

在奈米製造技術上,基本上可分成兩大主流,Top down與Bottom up,Top down是藉由加工的極細微化,控制塊材能由大而小雕塑的技術,Bottom up是藉由操控原子及分子,由小而大開發奈米新材料的技術,兩者均有其擁護者。

奈米(Nanometer)

奈米(Nanometer
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

奈米(標誌:mμm) 是一種公制長度等於十億分之一米, 即百萬分之一分之一毫米。

它是用來測量極小尺寸的常用單位(等於十埃),是國際上公認的非Si單位。它是經常和奈米科技聯繫在同一個領域。以前,奈米被稱作毫微米(標誌 mµm)。

它是在半導體產業最常用來描述生產技術的線寬大小 ,同時也是最常用來描述光波長的單位,可見光波長的範圍大約在400-700奈米之間,資料在光碟上被存為大小大約100 奈米深、500奈米寬的凹槽。

奈米科技是個範圍相當廣的領域,如應用物理學、材料學、膠體與界面科學、元件物理、超分子化學;自我複製機器和機器人學、化學工程、機械工程、生物工程學和電機工程。將上述的科學領域合稱為奈米科技會引起爭議,因為在相關研究上奈米級並沒有明顯的界線劃分;儀器使用是唯一跟所有領域有關的,例如配藥和半導體產業並不相干,奈米科技產品主要都銷售到某個工業範疇。

千年的奈米寶刀

千年的奈米寶刀
知識通訊評論第49期

奈米碳管是時髦玩意兒?你恐怕搞錯了。十字軍戰士與揮舞大馬士革花紋利刃的穆斯林激戰時,就領教過奈米碳管的威力了。

從西元九百年保留至今的大馬士革古董軍刀(sabre)現存於敘利亞。它堅韌銳利,由一種烏茲鋼(wootz)製成。

這種軍刀上頭有條紋圖案,據說是在鍛鑄過程中產生。但是這種利刃的製造秘訣早在十八世紀就失傳。

德國德勒斯登大學材料學者包福樂(Peter Paufler)與同事以電子顯微鏡觀察軍刀的材質,發現烏茲鋼的微結構(microstructure)是一種奈米尺寸的管子,就像現代科技中使用的奈米碳管,重量輕卻很堅固。

學者發現,要先用鹽酸浸蝕刀面,把刀上另一種微結構「膠鐵(碳化鐵)奈米線」去除,這種奈米管才會顯現。

奈米-從簡單到複雜:一個微觀的角度 (Simple to Complex: A Molecular Perspective)

奈米-從簡單到複雜:一個微觀的角度 (Simple to Complex: A Molecular Perspective)
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

現代的合成化學技術水準已到達可以製造結構很小的分子。現今可以使用這些方法今天去製造各式各樣實用的化學製品,例如:配藥或商業用的聚合物。這樣的功能使我們更進一步思索是否可將這樣的方法擴張到下一個層級,也就是將這些單一的分子加工並且組織成結構整齊的多分子材料。

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,量子尺度效應就會出現。

奈米(Nanometer)

奈米(Nanometer)
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

奈米(標誌:$$nm$$)是一種公制長度,等於十億分之一米,即百萬分之一分之一毫米。

它是用來測量極小尺寸的常用單位(等於十埃),是國際上公認的非Si單位。它是經常和奈米科技聯繫在同一個領域。以前,奈米被稱作毫微米(標誌:$$m\mu$$)。

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