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首頁 123213213231232313123123121323123231312312312132312323賀!!祥大科技通過96年中小企業創新研發(SBIR)計畫

資訊與商情

9月13日研討會奈米材料與機能性紡織品開發.......

符合中國RoHS的八大步驟.......

台灣在機能性紡織品的啟發.....

新型竹炭纖維和面料問世........

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光觸媒發展與應用

TiO2二氧化鈦、光觸媒,可結合奈米科技,應用於生巷活領域、日常生活中,其應用範圍包括化妝品、電子產品都有,奈米科技是現代人必備知識。二氧化鈦是新興環保產品,未來發展將為人類創造舒適、清淨生活環境。

奈米材料指材料的基本單位,在三維空間中至少有一維在一百奈米以下,而一奈米的長度相當於十億分之一公尺。製造奈米材料方法,分為是由上而下(top down),巨觀材料經外力作用,尺寸由上而下減至奈米尺度;另一種是由下而上(buttom up),從小到大方式產生,把分子或原子狀態,利用成核合成奈米材料。
奈米碳管是碳原子組成,直徑數個奈米大小,不同直徑奈米碳管具有金屬和半導體不同性質,軸向硬度高於鑽石,徑向呈現可撓性,奈米碳管是特殊材料。奈米碳管抗張強度是鋼的一百倍,可做為顯微探針用。

??? 奈米材料具有高表面能,使奈米粒子熔點比常規材料低,奈米鉛粒子熔點是絕對溫度 288 K,比常規鉛粒子的 600 K低了許多。奈米材料與巨觀材料不同光學性質,巨觀材料具有不同顏色光澤,但奈米尺寸幾乎都呈現黑色,這表示奈米微粒對可見光反射率低,導致呈黑色。

??? 表面效應是奈米材料重要特性,粒子達到奈米尺度,其表面原子占所有原子比例變高,導致粒子表面能升高,奈米粒子具有大表面活性。表面原子的總數增加,比表面積增加。稱為奈米表面效應。

觸媒,可以促進化學反應進行材料,觸媒本身反應前後不會改變或減少。光觸媒是利用光當能量,在光觸媒材料表面上進行觸媒反應。光觸媒在光的照射下,光能變成化學能,促進有機物的合成或分解,這樣過程稱光觸媒反應。利用光觸媒反應,可以分解污染物、去除空氣中臭味或分解水中雜質,達到去污、除臭、淨水功效。光觸媒由日本東京大學的藤嵨昭(Fujishima Akira)教授在一九七二年發現,其發現被稱為「藤嵨效應」。當時他發現二氧化鈦在紫外光的照射下,可以把水分子分解產生氫氣,因而發現二氧化鈦的光化學特性。後來由於全球環保意識高漲,使得二氧化鈦的光觸媒特性引起世界各國的重視,尤其在日本更是掀起研究熱潮。

??? 許多半導體材料具有光觸媒特性,研究發現部分半導體材料在酸性或鹼性中變質,有些化合物發生化學腐蝕,不太適合光觸媒。二氧化鈦具有相當優良光觸媒活性,物理化學性質穩定,耐酸鹼、無毒,成為最具潛力光觸媒材料。

日本對光觸媒研究不遺餘力,一九九○年後發表光觸媒產品,一九九五年起,每年學術界辦有關光觸媒研討會。日本是光觸媒產品發展最快、最多元的國家,光觸媒在日本銷售成績,逐年成長,日本工業新聞對光觸媒預估,與光觸媒延伸性產品會大幅成長。

??? 二氧化鈦本身具有兩種比較常見的晶體結構,分別為金紅石相和銳鈦礦相,而銳鈦礦相的二氧化鈦具有較優良的光觸媒活性,故大部分的光觸媒研究皆著眼於此。當二氧化鈦光觸媒受到大於二氧化鈦能隙寬度的光線照射後,電子會從價帶躍遷至導電帶,因而產生電子-電洞對。其中電子具還原性,電洞具氧化性,電洞會和二氧化鈦表面上的 OH-反應生成氧化性很高的•OH-自由基,電子則會和氧分子結合形成超氧離子(•O2-),活潑的•OH-自由基和超氧離子可以把有機物分解,變為二氧化碳和水,因而達到淨化效果。在光源方面,由於銳鈦礦相二氧化鈦的能隙大小約為 3.2 電子伏特,相當於波長為 387.5 奈米(nm)的光波所攜帶的能量,故欲將二氧化鈦的電子自價帶激發至導電帶,必須提供波長小於 387.5 奈米的紫外線光源,才能使二氧化鈦產生光觸媒反應。(可見光範圍是 400 ~ 700 奈米,光波所攜帶的能量與波長成反比)。因為二氧化鈦光觸媒的分解有機物與超親水性的性質,所以具有抗菌、防污、除霧、脫臭、淨水、抗癌等六大功用。由於多方面的應用,在日本稱光觸媒為「夢幻材料」。

??? 二氧化鈦光觸媒具有相當特殊的超親水性質,這是因為二氧化鈦光觸媒表面與水滴的接觸角幾乎是零度的緣故,所以水分很容易附著在二氧化鈦表面上,利用這種特性,表面鍍上二氧化鈦材質便具有除霧的神奇功效。如果把二氧化鈦以薄膜方式鍍在玻璃、牆壁等材質表面,在照射紫外光之後,不但可以把周遭環境中的污染物質分解,還可以利用二氧化鈦的超親水性質,使得表面污垢更容易去除。當有油滴或髒污附著在光觸媒表面時,由於光觸媒表面的超親水性質使油污不易附著,經清水沖洗後,可以使髒污很容易清除。故當光觸媒應用在戶外建材時,像高樓的窗戶、屋頂等不易清洗的地方,如此一來,大樓的洗窗工作就不再有這麼高的危險性了。

 
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