| 奈米材料簡介 |
| 奈米粒子近幾年倍受重視，在許多應用方面，皆有極為優越的表現；就其基本性質而言，奈米粒子的成份和目前已使用 |
| 的化學品"幾乎"都"一樣"；之所以產生特殊性能表現，基本原因是由於粒徑很小（≦20nm），導致幾項特性： |
| (一)比表面積很大：原本就會進行的反應，因粒徑變小，作用力增強且反應速度很快； |
| (二)表面分子比率急遽增加：使得反應所需的活化能下降，甚至產生新的反應途徑（如：低溫反應、熔點下降等）； |
| (三)結晶良好：使得物性（如：光學性、電性等）表現明顯； |
| 其詳細分別說明如後。 |
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(一).顆粒粒徑很小：反應速度相對提高： |
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所有化學反應的進行，皆在粒子表面的界面上進行；同樣重量（或單位重量）的反應物，表面積（或比表面積）愈大， |
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反應速度愈快且反應愈完全；而比表面積和粒徑存在"接近"反比的關係，也就是說：粒徑愈小，比表面積愈大。舉例 |
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說明： |
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若比重＝1的物質呈一立方塊，其長、寬、高皆為1公分，則其重量為1克，而表面積為1（cm）×1（cm）×6（面）＝6（cm2）； |
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此物質若等分切成長、寬、高皆為0.1公分的小立方塊則每一方向皆10等分；因此，顆粒總數為10×10×10＝1,000顆， |
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而每一顆粒的面積為0.1（cm）×0.1（cm）×6（面）＝0.06（cm2），故總表面積＝0.06×1,000＝60（cm2）； |
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由上可知，粒徑變成原來1/10，表面積徑變成原來的10倍，而反應速度也加快為原來的10倍。其整理如下： |
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根據上述可知，顆粒粒徑愈小，比表面積愈大，反應速度也愈快。就一般化學反應而言，反應物的粒徑約在1～30μm |
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(即1,000～30,000nm)；而真正的奈米材料，其粒徑多在20nm以下；故奈米粒子反應速度為一般化學反應的50倍以上。 |
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(二).表面分子比率急遽增加，降低活化能（甚至改變反應途徑）： |
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1."內部分子"及"表面分子"的定義： |
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一個結晶顆粒內的分子，可分成"內部分子"及"表面分子"兩大類；所謂"內部分子"是指該分子週遭的分子，皆是和該 |
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分子相同成份、結構的分子；所謂"表面分子" 是指該分子週遭的分子，至少有一～二相位的分子，其成份或結構 |
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（特別是成份）和該分子不同。" |
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2."同類分子間作用力"與"異類分子間作用力"： |
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a.同類分子間作用力"指的是內部分子（同類分子）間作用力（或稱內部分子間作用力），其作用力的表現，主要是 |
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分子特性，包括熔點、沸點、硬度及反應活化能等。"同類分子間作用力"會隨著結晶顆粒變大而加強，最後趨於定值。 |
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b."異類分子間作用力" 指的是"表面分子"和粒子所在"環境"中異類分子間的作用力，其表現，包括：溶解速度、附著力 |
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皆屬此類。"異類分子間作用力"隨著比表面積愈大而愈強。也就是說："異類分子間作用力" 隨著結晶顆粒愈小而愈強。 |
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3..同類分子間作用力"與"異類分子間作用力"相互作用的結果： |
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a..當結晶顆粒大時（≧1μm），內部分子所佔比例遠遠超過表面分子，此時都以"分子特性"表現，如熔點高、反應活 |
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化能高、溶解速度低、附著力差等； |
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b.當結晶顆粒奈米化時（一般（一般約為100nm左右），"表面分子"比例迅速提高； |
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c.當粒徑≦20nm，"表面分子"/ "內部分子"＞95；此時，異類分子間作用力表現明顯，其影響較顯著的包括：熔點下 |
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降、附著力驟增、反應快速而完全、成膜性強等。 |
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(三).結晶良好的作用：影響物性及結構性及活性： |
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1.結晶缺陷的產生及影響： |
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結晶在成長過程，難免會有結晶缺陷及雜晶產生；隨著結晶顆粒的粒徑增大，結晶缺陷及雜晶會不斷的累積、變大， |
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形成晶格的內應力（Crystal Latent Internal Stress）；晶格的內應力會導致成品的物性變差（如：耐化性不良、易 |
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氧化、變質、脫落、硬度下降、折射率下降、電阻值上升等。）、結構不良（如：容易龜裂、脆化、變型、硬度 |
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偏低、光澤不佳等），更會使得反應性下降。一般而言，粒徑1μm的顆粒中即含百萬個至十億個結晶單元（依結晶單元 |
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而變），故結晶缺陷及雜晶難免。 |
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2奈米粒子結晶特性： |
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奈米材料由於顆粒小，結晶成長度很低，其一顆粒子所含結晶單元往往只有數十個到上千個結晶單元而已，其結晶缺 |
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陷及雜晶很少，甚至完全沒有，因此無論是物性、化性、材料結構或活性，皆比相同組成的統材料或反應物強很多。 |
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(四).奈米粒子的定義： |
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根據前述的討論，可以清楚的得到奈米粒子的定義如下： |
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1.粒徑：≦20nm； 2.完全結晶態； 3.表面分子比率≧95％。 |
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