奈米溶膠發展的背景介紹 忠信科技 陳忠詰.

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1 奈米溶膠發展的背景介紹 忠信科技 陳忠詰

2 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。

3 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

4 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。

5 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

6 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

7 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

8 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。

9 [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

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11 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

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13 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。

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16 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。

17 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

18 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。

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