Transcript 奈米科技的原理與應用
奈米科技的原理與應用 單元四：奈米光觸媒 1 進入教材 奈米科技的原理與應用大綱 何謂奈米科技? 大自然界的奈米現象與生活應用 •蓮葉效應 •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?-Ⅰ 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：吸收光線後產生催化反應之材料 •如：自然界的葉綠素和二氧化鈦 資料來源：科學發展 2006年12月 No.408 p.25 3 下一頁 奈米光觸媒是什麼?-Ⅱ 4 當光觸媒材料的粒徑(粒子大小)落在1~100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體為主，其中二 氧化鈦（TiO2）化學性質安定、價格低廉，而成 為廣泛使用的人工光觸媒。 下一頁 奈米光觸媒的反應機制 光觸媒的反應機制可概分為：化學反應與物理作 用機制 •化學反應：牽涉氧化或還原的化學反應，如空氣或水 中汙染物的去除、有機化學合成、水分解產生氫氣等。 •物理作用：僅涉及電子的移動機制，未牽涉化學反應， 如自潔、防霧、防鏽等。 5 下一頁 光觸媒的化學反應與物理作用機制之應用 化學反應 物理作用 空氣淨化 水質淨化 抗菌防霉 除汙 TiO2 光觸媒的應用 綠色製程 6 自我潔淨 防鏽 防霧 下一頁 奈米光觸媒淨化環境的原理 淨化環境原理（化學反應） 自潔原理（物理反應） 7 奈米光觸媒淨化環境的原理 8 問題：奈米光觸媒為何能夠抗菌，淨化環境呢？ 答：奈米光觸媒透過紫外光的照射，產生化學反應或物理作 用，進行空氣、水質淨化、自我潔淨、抗菌防霉等功能，營 造出「光清淨」的環境。 資料來源：呂宗昕, 奈米科技與光觸媒, 商周出版 下一頁 水氣分子 光 觸 媒 淨 化 環 境 原 理 Ⅰ 9 O H H - O2 , ˙OH TiO2 (活性物質) O O 氧分子 按滑鼠一下 開始動畫 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。當環境中的水氣和氧氣分子接觸到它 們，就會在表面產生氫氣自由基（‧OH）與負氧離子 （O2-）。 下一頁 二氧化碳 光 觸 媒 淨 化 環 境 原 理 Ⅱ 10 C O TiO2 O 氧化 分解 O O2-, ˙OH (活性物質) H H 水 按滑鼠一下 開始動畫 • 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。 下一頁 奈米光觸媒淨化環境的原理 淨化環境原理（化學反應） 自潔原理（物理反應） 11 光 觸 媒 自 潔 原 理 Ⅰ 15分鐘 0分鐘 30分鐘 60分鐘 超親水性 二氧化鈦(TiO2）光 觸媒塗料 12 小於10 °以下 按滑鼠一下 甚至接近0 ° 開始動畫 二氧化鈦粒子（TiO2）吸收光能，引發氧化與還原的化 學反應機制之外。隨著照射紫外光時間的增加，TiO2展 現出超親水的物理現象。 超親水現象：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，因此光線產生散射機會變小，而達到防霧、自 潔之功能。 下一頁 光 觸 媒 自 潔 原 理 Ⅱ 13 牆 面 、 窗 戶 、 鏡 面 等 TiO2 光 觸 媒髒 塗汙 料 C O O 二氧化碳 按左鍵 開始動畫 O H H 水 光觸媒作用後，使髒汙變小且附著力變弱。 同時超親水特性使水很容易介入底材與髒污之間。 有機髒汙被活性物質 •因此下雨時，髒汙能很容易隨雨 分解成水與二氧化碳 水沖走，達成自潔的能力。 下一頁 奈米光觸媒材料的進步 14 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。然而，太陽光經過地球大氣層的 過濾後，照射到地表的紫外線很有限。室內環境 的紫外線更少。 科學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。 下一頁 奈米光觸媒的應用一：抗菌磁磚 醫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 續數個月。 圖片來源：http://nano.nstm.gov.tw 15 下一頁 奈米光觸媒的應用二：空氣淨化 空氣清淨機中的濾網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。 資料來源：科學發展 2006年12月 No.408 p.27 16 下一頁 奈米光觸媒的應用三：自潔建材 • 常見的奈米自潔磚與自潔玻璃可以分為兩類，一類的表面 塗料可產生蓮葉效應，另一類表面塗料則加上奈米光觸媒 （常見的是二氧化鈦光觸媒）產生超親水特性。 磁 磚 或 玻 璃 17 奈米光觸媒： 超親水特性 磁 磚 或 玻 璃 奈米塗料： 超疏水特性 (蓮葉效應) 下一頁