奈米科技的原理與應(yīng)用,1,進入教材,單元四：奈米光觸媒,奈米科技的原理與應(yīng)用大綱,何謂奈米科技? 大自然界的奈米現(xiàn)象與生活應(yīng)用 蓮葉效應(yīng) 生物羅盤 奈米光觸媒 奈米科技可能的危害,2,下一頁,奈米光觸媒是什麼?-,奈米光觸媒屬於組合式的名詞 奈米：長度單位 1奈米（nm）=10-9米（m） 光觸媒：吸收光線後產(chǎn)生催化反應(yīng)之材料 如：自然界的葉綠素和二氧化鈦,3,下一頁,資料來源：科學(xué)發(fā)展 2006年12月 No.408 p.25,當(dāng)光觸媒材料的粒徑(粒子大小)落在1100奈米範圍時，即稱為奈米光觸媒。 目前人工合成的的光觸媒以半導(dǎo)體為主，其中二氧化鈦（TiO2）化學(xué)性質(zhì)安定、價格低廉，而成為廣泛使用的人工光觸媒。,4,奈米光觸媒是什麼?-,下一頁,奈米光觸媒的反應(yīng)機制,光觸媒的反應(yīng)機制可概分為：化學(xué)反應(yīng)與物理作用機制 化學(xué)反應(yīng)：牽涉氧化或還原的化學(xué)反應(yīng)，如空氣或水中汙染物的去除、有機化學(xué)合成、水分解產(chǎn)生氫氣等。 物理作用：僅涉及電子的移動機制，未牽涉化學(xué)反應(yīng)，如自潔、防霧、防鏽等。,5,下一頁,光觸媒的化學(xué)反應(yīng)與物理作用機制之應(yīng)用,6,空氣淨(jìng)化,水質(zhì)淨(jìng)化,抗菌防霉,綠色製程,自我潔淨(jìng),除汙,防鏽,防霧,TiO2 光觸媒的應(yīng)用,化學(xué)反應(yīng),物理作用,下一頁,奈米光觸媒淨(jìng)化環(huán)境的原理,淨(jìng)化環(huán)境原理（化學(xué)反應(yīng)） 自潔原理（物理反應(yīng)）,7,奈米光觸媒淨(jìng)化環(huán)境的原理,問題：奈米光觸媒為何能夠抗菌，淨(jìng)化環(huán)境呢？ 答：奈米光觸媒透過紫外光的照射，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)或物理作用，進行空氣、水質(zhì)淨(jìng)化、自我潔淨(jìng)、抗菌防霉等功能，營造出光清淨(jìng)的環(huán)境。,8,資料來源：呂宗昕, 奈米科技與光觸媒, 商周出版,下一頁,9,TiO2,奈米級的二氧化鈦粒子受到光的刺激後，會在表面形成一個電洞和電子。當(dāng)環(huán)境中的水氣和氧氣分子接觸到它們，就會在表面產(chǎn)生氫氣自由基（OH）與負氧離子（O2-）。,O2-, OH (活性物質(zhì)),光觸媒淨(jìng)化環(huán)境原理,按滑鼠一下 開始動畫,下一頁,10,氧化分解,O2-, OH (活性物質(zhì)),氫氣自由基（OH）與負氧離子（O2-）具有很強的氧化的能力，易與大氣或水氣中的污染物（如有機化合物、臭味、細菌、病毒等）接觸。接觸後會把它們氧化分解為二氧化碳與水，達到去除污染物的目的。,按滑鼠一下 開始動畫,下一頁,光觸媒淨(jìng)化環(huán)境原理,奈米光觸媒淨(jìng)化環(huán)境的原理,淨(jìng)化環(huán)境原理（化學(xué)反應(yīng)） 自潔原理（物理反應(yīng)）,11,12,光觸媒自潔原理,二氧化鈦粒子（TiO2）吸收光能，引發(fā)氧化與還原的化學(xué)反應(yīng)機制之外。隨著照射紫外光時間的增加，TiO2展現(xiàn)出超親水的物理現(xiàn)象。 超親水現(xiàn)象：水與鏡面接觸面積增加，即水霧與鏡面接觸角越小，越容易形成水膜。水膜比一點一點的水滴來得均勻，因此光線產(chǎn)生散射機會變小，而達到防霧、自潔之功能。,二氧化鈦(TiO2）光觸媒塗料,超親水性,按滑鼠一下 開始動畫,下一頁,13,光觸媒自潔原理,TiO2,有機髒汙被活性物質(zhì)分解成水與二氧化碳,按左鍵 開始動畫,光觸媒作用後，使髒汙變小且附著力變?nèi)酢?同時超親水特性使水很容易介入底材與髒污之間。,因此下雨時，髒汙能很容易隨雨水沖走，達成自潔的能力。,下一頁,奈米光觸媒材料的進步,基本上，奈米光觸媒粒子需受到光線中的紫外線，才能夠被激發(fā)。然而，太陽光經(jīng)過地球大氣層的過濾後，照射到地表的紫外線很有限。室內(nèi)環(huán)境的紫外線更少。 科學(xué)家利用將二氧化鈦加入銀離子等方法，改良奈米光觸媒的材料。使得它在足夠亮度的日光燈下，也能達到抗菌的效果。,14,下一頁,奈米光觸媒的應(yīng)用一：抗菌磁磚,醫(yī)院是孳生病菌最多的場所。若使用塗上奈米級二氧化鈦的磁磚，在足夠強度的光線照射後，即可達到99.9%的滅菌效果。空氣中的浮游細菌也明顯變少，效果可持續(xù)數(shù)個月。,15,圖片來源：.tw,下一頁,奈米光觸媒的應(yīng)用二：空氣淨(jìng)化,空氣清淨(jìng)機中的濾網(wǎng)塗上一層奈米光觸媒塗料後，再施予紫外線的照射即可達到分解有機化合物，及除臭殺菌的功能。,16,資料來源：科學(xué)發(fā)展 2006年12月 No.408 p.27,下一頁,奈米光觸媒