演講主題:奈米碳管特性與應用開發介紹
演講者: 郭信良 博士 工研院材化所 化學工程技術組
講座主持人:李季燃 老師
記錄者:吳政龍
記錄者指導教授:孫茂誠 教授
共同指導 : 李季燃 教授
日期:102/4/30(週二)15:10~17:00
前言
早在1985年Kroto等人即意外發現C60的存在而提出了足球模型(1),此發現對碳化合物的研究有著重大突破,但當時對於C60的特性及其應用發展並不清楚。直到1991年Iijima(2)提出奈米碳管的概念後,才促使相關單位朝此領域進行積極的研究與開發。奈米碳管不論在物性、化性或材料特性上均有著顯著非凡的表現,例如:在電性上,不同管徑及形態的奈米碳管可具有金屬導體或半導體的特性,且奈米碳管具有極佳的機械性質與良好的氣體儲存特性。由於奈米碳管具有多重的特殊性質因此成為21世紀的關鍵材料之一。
起源
含有碳元素的化合物幾乎是自然界中所有化合物總和之最,早在1970年末期,化學家即對製備碳團簇產生了濃厚的興趣,至今大約有五百萬種的含碳化合物被合成與鑑定出來。
碳是元素週期表IV族中最輕的元素,共有四個電子可供與其他元素進行鍵結,相較於其同族其他元素有其獨特的性質,固態碳元素在結構方面會因鍵結方式與構造型態的不同而形成同素異形體(allotrope),含碳元素的同素異形體基本上可分為三種不同的型態:(1)石墨;(2)鑽石;(3)C60。其中,石墨是碳原子以sp2的共價鍵鍵結而成的二維層狀結構的半金屬,層與層間約距0.3354nm;鑽石則是碳原子以sp3的鍵結形式構成的三維立體結構的材料;C60則為二十個六圓環與十二個五圓環以sp2
的鍵結形式所組合而成似足球的結構。早在1940年代,電氣爐邊就曾被發現有直徑達數奈米長度為數微米具管狀結構的碳細絲存在,但其數量非常之少,可惜當時並沒有被重視。直至199
1年日本NEC資深研究員Sumio. Iijima以電弧放電法製備C60時偶然發現碳管的存在。
奈米碳管結構
奈米碳管是一具有奈米級直徑與長寬高比的石墨管。碳管內徑可從0.4nm ~數十nm,碳管外徑則由1nm~數百nm,長度則由數微米至數十微米間,可由單層或多層的石墨層捲曲形成中空管柱狀結構,如圖二所示。所形成的中空管柱狀結構主要可分為單層(Single-Wall)碳管與多層(Multi-Wall)碳管兩類。
參考資料http://www.chemnet.com.tw/magazine/200208/index5.htm
奈米碳管的應用:
由於奈米碳管的彈性極高,其張力強度比鋼絲強上百倍,但重量卻極輕,且兼具金屬的性質與半導體的性質,故奈米碳管的應用範極廣,可以用作電路中的連接件、可以用作電路開關、可用在平面顯示器等。奈米碳管的發現者飯島澄男預估:二00五年至二0一0年左右就可製造出省電、厚度僅數公釐的大面奈米碳管顯示器。
預期在五年至十年內,奈米碳管電池也將開發出來,奈米碳管具有極高儲存電力,但極輕的重量,可改善現有電池所有的缺點,如同電池工業的一場革命,未來對電動汽車工業極有幫助。
二0一0年左右,以矽為材料的微米級電子電路技術將走到盡頭,奈米碳管將成為替代矽和其他半導體材料的最佳材料,可以開發出比現有傳輸速度與密度高五十倍至一百倍,且省電效益高五十倍至一百倍的電子設備。
如何製造一個不易損壞、耐用的探針是奈米產業的另一課題,目前己有人用奈米碳管為探針,因為奈米碳管的彈性極高不易折損,且導電性高不易起化學變化,為理想的探針材料之一。
另外,碳六十似乎也為愛滋病帶來一線曙光,碳六十的足球狀化學結構的鍵結,能快速地與HIV病毒結合,減低毒素與阻止HIV病毒擴散,這將促使生技醫藥公司開發新的碳六十藥物
如果奈米碳管生產成本降到每公克三十三美元,且年產量可達一噸,將可供應產值達數十億美元的電腦及電視顯示器。如果價格降到每公克二十二美元,則更多產業都能運用奈米碳管,例如可做雷達無法偵測的隱形飛機的機殼。如果降到四.四美元,則可運用於一般日常生活用品,例如手機、筆記型電腦、PDA的螢幕。
http://tw.knowledge.yahoo.com/question/question?qid=1205072711216
早在1985年Kroto等人即意外發現C60的存在而提出了足球模型(1),此發現對碳化合物的研究有著重大突破,但當時對於C60的特性及其應用發展並不清楚。直到1991年Iijima(2)提出奈米碳管的概念後,才促使相關單位朝此領域進行積極的研究與開發。奈米碳管不論在物性、化性或材料特性上均有著顯著非凡的表現,例如:在電性上,不同管徑及形態的奈米碳管可具有金屬導體或半導體的特性,且奈米碳管具有極佳的機械性質與良好的氣體儲存特性。由於奈米碳管具有多重的特殊性質因此成為21世紀的關鍵材料之一。
起源
含有碳元素的化合物幾乎是自然界中所有化合物總和之最,早在1970年末期,化學家即對製備碳團簇產生了濃厚的興趣,至今大約有五百萬種的含碳化合物被合成與鑑定出來。
碳是元素週期表IV族中最輕的元素,共有四個電子可供與其他元素進行鍵結,相較於其同族其他元素有其獨特的性質,固態碳元素在結構方面會因鍵結方式與構造型態的不同而形成同素異形體(allotrope),含碳元素的同素異形體基本上可分為三種不同的型態:(1)石墨;(2)鑽石;(3)C60。其中,石墨是碳原子以sp2的共價鍵鍵結而成的二維層狀結構的半金屬,層與層間約距0.3354nm;鑽石則是碳原子以sp3的鍵結形式構成的三維立體結構的材料;C60則為二十個六圓環與十二個五圓環以sp2
的鍵結形式所組合而成似足球的結構。早在1940年代,電氣爐邊就曾被發現有直徑達數奈米長度為數微米具管狀結構的碳細絲存在,但其數量非常之少,可惜當時並沒有被重視。直至199
1年日本NEC資深研究員Sumio. Iijima以電弧放電法製備C60時偶然發現碳管的存在。
奈米碳管結構
奈米碳管是一具有奈米級直徑與長寬高比的石墨管。碳管內徑可從0.4nm ~數十nm,碳管外徑則由1nm~數百nm,長度則由數微米至數十微米間,可由單層或多層的石墨層捲曲形成中空管柱狀結構,如圖二所示。所形成的中空管柱狀結構主要可分為單層(Single-Wall)碳管與多層(Multi-Wall)碳管兩類。
參考資料http://www.chemnet.com.tw/magazine/200208/index5.htm
奈米碳管的應用:
由於奈米碳管的彈性極高,其張力強度比鋼絲強上百倍,但重量卻極輕,且兼具金屬的性質與半導體的性質,故奈米碳管的應用範極廣,可以用作電路中的連接件、可以用作電路開關、可用在平面顯示器等。奈米碳管的發現者飯島澄男預估:二00五年至二0一0年左右就可製造出省電、厚度僅數公釐的大面奈米碳管顯示器。
預期在五年至十年內,奈米碳管電池也將開發出來,奈米碳管具有極高儲存電力,但極輕的重量,可改善現有電池所有的缺點,如同電池工業的一場革命,未來對電動汽車工業極有幫助。
二0一0年左右,以矽為材料的微米級電子電路技術將走到盡頭,奈米碳管將成為替代矽和其他半導體材料的最佳材料,可以開發出比現有傳輸速度與密度高五十倍至一百倍,且省電效益高五十倍至一百倍的電子設備。
如何製造一個不易損壞、耐用的探針是奈米產業的另一課題,目前己有人用奈米碳管為探針,因為奈米碳管的彈性極高不易折損,且導電性高不易起化學變化,為理想的探針材料之一。
另外,碳六十似乎也為愛滋病帶來一線曙光,碳六十的足球狀化學結構的鍵結,能快速地與HIV病毒結合,減低毒素與阻止HIV病毒擴散,這將促使生技醫藥公司開發新的碳六十藥物
如果奈米碳管生產成本降到每公克三十三美元,且年產量可達一噸,將可供應產值達數十億美元的電腦及電視顯示器。如果價格降到每公克二十二美元,則更多產業都能運用奈米碳管,例如可做雷達無法偵測的隱形飛機的機殼。如果降到四.四美元,則可運用於一般日常生活用品,例如手機、筆記型電腦、PDA的螢幕。
http://tw.knowledge.yahoo.com/question/question?qid=1205072711216