奈米溶膠發展的背景介紹 忠信科技 陳忠詰
報告大綱 壹：奈米材料（奈米粒子）特性。 貳：奈米材料（奈米粒子）特性產生原理 參：奈米材料的應用。 肆：奈米粒子的製造方法。 伍：奈米粒子製造方法的問題。 陸：奈米溶膠的優勢。 柒：良好奈米溶膠所應擁有基本條件。 捌：奈米粒子溶膠的特性表現。
壹：奈米粒子特性 一：基本說明：奈米材料與傳統材料之不同： （一）晶相或非晶質排列不同。 （二）光學、磁性、熱傳等性質達最佳狀態。 （三）使原本無法混合的金屬或聚合物混合而成合金。 （四）導電性完全不同
性質 說明 結構 相變化點提高且敏感化 反應溫度、熔點及燒結下降 微結構及微晶相可控制（更佳） 形狀控制及記憶 機械 硬度上升 光學 折射率提高 導光性、吸光性及反射性提高 電性 完全改變 磁性 磁性、順磁性大幅度提高。
奈米材料的物性變化 提高 降低 強度∕硬度 密度 擴散系數 彈性係數 延展性∕軔性 熔點 電阻性 導電性 導熱性 比熱 熱膨脹係數 磁性 光學性
粒子奈米化所導致的熔點變化： 物質名稱 原有熔點（℃） 2nm之熔點（℃） 金 1460 600 銀 1337 373 二氧化鈦 1287 500 氧化鋁 1680 700
TiO2不同粒徑，不同溫度，成膜所需時間（單位：分） （nm） 溫度（℃） 1300 900 700 500 150 ＞1,000 3 × 100 1 50 ○ 30 20 2 5 10 60 ＜1 15
貳：奈米材料特性產生原理 粒徑愈小，比表面積愈大 ，反應速度愈快 。 二：異類分子（表面分子）間作用決定活化能： 一：反應皆在接觸面上發生： 粒徑愈小，比表面積愈大 ，反應速度愈快 。 二：異類分子（表面分子）間作用決定活化能： 表面分子比率，隨粒徑變小而急遽增加，進而降低活 化能（甚至改變反應途徑） 。 三：結晶缺陷隨著結晶長大而增多： 粒徑愈小，結晶缺陷愈少；結晶良好：使得物性（如： 光學性、電性等）表現明顯 。 四：粒徑或厚度小於光波波長，會引起特定光學特性。 五：粒徑愈小，布朗運動愈明顯：長期安定性愈高。 六：5nm以下，量子化學取代分子化學： 電性、磁性、導熱性及導電性皆改變。
[比表面積]： m2/g 粒徑(d)： nm 1,200 2.3 800 3.4 400 6.8 200 13.6 100 27.3 50 54.5 10 272.7 5 545.4
參：奈米粒子溶膠成膜後的特性 項次 特 性 表 現 作用力 1 硬度 提高 E 2 耐化性 良好 3 耐候性 4 光譜安定性 C 5 特 性 表 現 作用力 1 硬度 提高 E 2 耐化性 良好 3 耐候性 4 光譜安定性 C 5 Sensor敏感性 B 6 磁性 變強 C∕E 7 介電常數 先升後降 8 金屬導電性 變差（成絕緣體） 9 非金屬電阻值 下降（成半導體） D
肆：奈米粒子的製造方法 奈米製造的方法可以分成兩類： （一）「由大做小法」（top down）： 將一群分子從表面一挖出來，或者 加到表面上 （二）「由小做大法」(bottom up) ： 將原子或分子組合成奈米結構。
伍：奈米粒子製造方法的問題 一： top down存在問題： （一）受研磨粒子限制，粒徑最小值有其極限。 （70nm，比表面積不大） （二）粒徑均勻性及晶相不易控制（物性表現不良）。 （三）分散劑及研磨劑不易純化。 （粒子失去“奈米化”優勢） 二： bottom up（不包括溶膠法）存在問題： （一）合成方法不易找尋。 （二）純度及結晶度不易控制（失去結晶良好的優勢）。 三：奈米粒子粉體共同問題： （一）二次粒子問題嚴重。 （失去光學、電性及高活性、高反應速度等優勢）。 （二）不易純化（物性表現不良） 。 （三）使用時需加Binder（破壞成膜後特性） （四）使用時粉塵擴散問題嚴重。 （五）設備成本高。
溶膠凝膠法 Sol-Gel Process 在Bottom up的作法中，跟大家介紹兩個我比較熟悉的作法，第一個是所謂的溶膠凝膠法，是將合成奈米粒子所需的物質溶解在例如醇類的溶液中，在將之合成析出成賴米的顆粒或是結構
陸：奈米溶膠的優勢 一：可作到很細的粒徑（1nm）（活性大且反應速度快）。 二：可得到良好結晶（物性表現至最佳狀態）。 三：不需加界面活性劑即可長期安定，不會形成二次粒子。 四：不需加Binder，即有良好表面附著性。 五：成膜性佳，可在較低溫度反應。 六：設備投資低。 七：奈米微粒不會擴散。