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聚合鑽石奈米棒 第十六組 ： 4A114002 李絲涵 4A114012 王以璇 4A114017 張嘉芳 關於 • 聚合鑽石奈米棒（Aggregated diamond nanorods）又稱鑽石奈米 棒聚合體，簡稱 ADNR。 • 是由德國科學家研製出的一種碳奈米材料，其硬度比鑽石還硬。 • 是一種奈米級晶型鑽石，又稱奈米鑽石（nanodiamond）或超鑽石 （hyperdiamond）。 • 聚合鑽石奈米棒 是由碳六十分子施以巨大壓力製造而成的物質。 • 聚合鑽石奈米棒 可由壓縮富勒體粉末製得，一種方法使用了 金剛石 壓腔，在不加熱的情況下對其施加大約 37 GPa 的壓力。另一種方法 是，將富勒體先用較小的壓力 2 – 20 GPa 壓縮，然後加熱到 300 – 2500 K的溫度。 • 聚合鑽石奈米棒 的超高硬度在上世紀 90 年代就有研究者報導，這種材料是 一系列相互連接的鑽石奈米棒所構成，各奈米棒直徑為 5 至 20 奈米，長度 大約為 1 微米。 硬度 • 富勒希粉末 壓縮也製得了這種物質，並證實這是已知最硬和最難壓 縮的材料，等溫體積彈性模量為 491 GPa ，而一般鑽石的模量為 442 – 446 GPa。 • 純鑽石的密勒指數，用奈米鑽石刻劃測試時的硬度為 167 ± 6 GPa， 而奈米鑽石樣品本身用奈米鑽石刻劃測試時硬度達到了 310 GPa。 • 聚合鑽石奈米棒的硬度和楊氏模量與天然鑽石相當，但具有更優的耐 磨性。 * 密勒指數：密勒指數 是一種用來確定晶體方向的指數。要想計算出一個晶面 的密勒指數需要： １.確定該晶面在 晶胞 坐標軸上的截距(依序為x 、y、 z軸，通常為長、寬、高) ２.取這些值的 倒數 ３.將這些倒數化作最簡整數比 製成 德國拜羅伊特大學的科學家對《布基球》進行了高溫高壓處理。 《布基球》是由六十個碳原子，相互鎖合形成的空心籠狀結構，強度極大。 處理過程中，他們將壓力控制在 200 個標準大氣壓，同時將溫度升高到 2500 K 。 隨後，他們使用一種名為 《鑽石對頂砧容器》的儀器，對得到的新材料 進行了測量。當該儀器上的兩顆普通鑽石夾住並擠壓該材料時，研究人員 使用同步加速器來研究材料的結構。 專家發現，這種新材料的密度比普通鑽石高 0.3％ ，強度超過已知的任何 一種材料。該材料已被命名為 【聚合碳奈米棒】 。 專家解釋說，普通鑽石的硬度來自原子之間超強的原子鍵，而聚合碳奈米 棒的高強度則是奈米棒互相鎖合形成的。 科學家介紹說，這種材料在高溫下非常穩定，可以在打磨和深度鑽探領域 代替普通鑽石，具有廣泛的工業應用前景。 奈米鑽石的運用及發展 奈米鑽石的運用 • 奈米鑽石的用途很廣，混入電解液中可以強化鍍膜、耐磨、耐腐蝕、 延長產品生命週期。 • 混入機油形成「油鑽」的被覆層可用以提高引擎效率。 • 混入「鐵氟龍 」可以用在高級不沾鍋的製作或模具的鍍膜處理。 • 混入「塑膠」可用以直接拋光晶圓而不虞造成刮傷。 • 混入橡膠形成「膠鑽」可用以強化其機械性能。 • 奈米鑽石粉末可製作各種工具、表面塗層，可提高塗層硬度 1.5 - 3 倍，提高耐磨度 1.5 - 8 倍 奈米鑽石作為鐵氟龍表面處理添加劑 UDD 或 UDD-G 鑽石形狀圓滑，因此不僅具有傳統鑽石的物理 特性，即高硬度、熱傳導力 （鑽石熱傳導力為 2,000 Wm-1k-1 ， 黃金為 320 Wm-1k-1，鋁為 236 Wm-1k-1)，更可以增加表面 處理後的平滑度，耐磨度，及耐久性。 不沾鍋鑽石表面處理 使用奈米鑽石漿液 UDD-G 與 鐵氟龍 PTFE 混合後作表面處理可以產生 以下的特性如，表面的硬度、快速的熱傳導效應、增加耐磨度、耐久度、 表面更加平滑（不沾鍋）、減少表面的孔洞現象等。 這種新的表面處理方式不僅有別於傳統的鐵氟龍處理過程，卻也能夠在 不增加設備即可以與現行的作業流程配合共行。 特性： • • • • • • • 溫度可以持續穩定達300°C 高耐磨度 超高硬度 完全清潔 最佳的不沾鍋特性 絕佳的熱傳導能力 使用壽命長 汽車奈米鑽石鍍膜技術 • 奈米鑽石鍍膜是由工研院奈米科技研發中心研發；奈米科技研發中心~ 鄭鴻鉸組長所領導的研發團隊研發成功的。 • 利用 熔膠凝膠法 於 有機溶劑中，合成出粒徑100奈米以下膠體，並結 合其他組成形成本奈米鑽石膜溶液。 • 當噴塗於烤漆表面時，奈米矽溶膠與配方中之其他組成混砸堆疊於烤漆 表面。當溶劑揮發後，矽溶膠自組裝於烤漆表面，形成高硬度薄膜。 • 形成硬度達 2 H~ 3 H 的玻璃薄膜完全包覆烤漆與空氣隔絕，有如隱形 雨衣般的保護膜，具有 增加硬度、耐刷洗、抗酸雨、潑水佳「蓮花效 應」、易清潔之特性。 • 經奈米鑽石鍍膜處理，車體外表光亮，就算有污垢，利用強力水柱沖 洗，就可以輕易除去痕跡，也會形成荷葉水滴狀。 • 水撥灑於其上時，由於水的表面張力，與界面的低表面能相斥，而聚 成球狀，又因其下含有空氣墊，可將水珠頂住，形成接觸角大於110 度的漂亮水珠。 荷葉的「自潔效應」 • 荷葉有著自然界奈米級尺寸顆粒，表面形成小球凸起，細微含蠟毛的 結構，使水珠不易附著於表面上，水珠於表面快速移動，將灰塵帶走， 達到「自潔效應」。 • 台灣工業研究院發現荷葉的「自潔效應」可運用在汽車鈑金上，具有 防塵、防汙的功效。奈米鍍膜技術可讓鈑金漆面有著完美無瑕的表面 光澤與防護效果。 奈米鑽石研究 • 國立交通大學生物科技學系教授 趙瑞益 等人研究「奈米鑽石」，已 成功驗證可用於「癌細胞獵殺」。 • 趙瑞益等人研究「奈米鑽石」已有多年，他們在 2007 年發現奈米鑽 石具有高度的生物相容性，不會傷害正常細胞，於是開始進行「奈米 鑽石」結合「抗癌標靶」與「抗癌藥物」的研究。 • 他們利用「奈米鑽石」於癌症檢測與治療的研究上，已成功驗證「奈 米鑽石」連結特殊蛋白或抗癌藥物，可辨識癌細胞存在與提供未來癌 症治療的可能。 • 趙瑞益表示，「抗癌標靶」是目前重要的抗癌策略，由於一般的抗癌 藥物無法辨識癌細胞與正常細胞，對正常細胞的傷害極大，因此研究 團隊便與材料、化學、物理等領域的學者合作，在奈米鑽石上結合 「生長激素蛋白」。 • 生長激素蛋白可辨識肺癌細胞的「生長激素接受器」，此外將奈米鑽 石連接「抗癌藥物」，讓奈米鑽石攜帶抗癌藥物，可專一、有效地對 抗癌細胞。 • 此外，研究團隊也發現「奈米鑽石」具有特殊螢光特性，可作為癌症 檢測與生物影像的應用，用以追蹤癌細胞的轉移。 奈米鑽石與速溶艾黴素注射劑： • 俗稱「小紅苺」的抗癌藥物「速溶艾黴素注射劑」（doxorubicin）。 這項技術目前已經進行老鼠試驗，顯示奈米鑽石有助進入對化療藥物 有抗藥性的腫瘤，並能縮小腫瘤。 • 若缺乏奈米鑽石輔助，艾黴素注射劑會受到人體排斥、或對腫瘤沒有 作用。 圖： 以往萃取蛋白質要經過耗時、複雜的步驟，若以奈米鑽石當作吸附 劑，能大大縮短蛋白質濃縮萃取的時間。 圖： 奈米鑽石連結抗癌藥物「紫杉醇」，能有效抑制老鼠體內之人類肺癌腫 瘤形成能力，但單獨奈米鑽石處理並不影響腫瘤的形成 紫杉醇 • 紫杉醇（Paclitaxel，Taxol，太平洋紫杉醇）紫杉醇是細胞有絲分裂 抑制劑，被用於癌症治療。它於1967年在美國國家癌症研究所被發 現，Monroe E. Wall和Mansukh C. Wani 從太平洋紅豆杉（Taxus brevifolia ）的樹皮中分離到了這種物質，並命名為紫杉醇（taxo）。 後來發現，某些在樹皮內生真菌中也能合成紫杉醇。 • 結構：作為抗癌藥物，紫杉醇的分子結構非常複雜，有11個立體中心 和一個17碳的 四環 骨架結構。 • 一般用在抗癌類藥品，紫杉醇 屬有絲分裂中的微管抑制劑，紫杉醇 具有聚合和穩定細胞內微管的作用，致使快速分裂的腫瘤細胞在有絲 分裂階段被牢牢固定，使微管不再分開，可阻斷細胞於細胞周期之 G2 與 M 期，使癌細胞複製受阻斷而死亡 。 奈米鑽石應用生物醫學 未來應用層面廣 • 中央研究院原子及分子研究所研究員 張煥正 所領導的團隊，繼推斷太 空中奈米鑽石極有可能無所不在後，目前研究團隊正利用螢光奈米鑽 石應用在生物醫學，尤其是做定位、標記用，仍在細胞和動物實驗中， 未來應用層面非常廣。 • 張煥正 是在 1995 年利用購得的約 100 奈米大小的人工奈米鑽石，與 氫原子相互反應，然後鑽石表面結合了碳氫鍵，並觀察鑽石的變化， 當年即獲得光譜；到了 1999 年一組法國天文學家根據張煥正的紅外 線光譜，在蝘蜓座和金牛座黑暗星雲內的兩顆星中，發現了太空鑽石 的蹤跡。 • 張煥正研究團隊中的副研究員 韓肇中 表示，其實奈米鑽石是可以用在 生物醫學實驗上，過去在蛋白質的標記上大都使用螢光染料分子，但 是受到時間短的限制，壽命不長。 圖： 科學家實驗室得到的奈米鑽石紅外光譜和天文學家觀測的光譜吻合， 證 明太空中有奈米鑽石的存在。 參考網址 http://www.epochtimes.com/b5/6/1/13/n1188953.htm http://bio.life.nctu.edu.tw/app/news.php?Sn=312 http://blog.yam.com/wedding759/article/40741548 http://www.epochtimes.com/b5/9/2/16/n2431676.htm http://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%81%9A%E5%90%88%E9%92%BB%E 7%9F%B3%E7%BA%B3%E7%B1%B3%E6%A3%92 http://abba.com.tw/html/NanoDiamond/NanoPdt-02.html http://blog.yam.com/diamonds3k/article/48369485 http://tw.image.search.yahoo.com/search/images;_ylt=A8tUwJk6McdQ kwoAADtt1gt.?p=%E5%A5%88%E7%B1%B3%E9%91%BD%E7%9F%B3 %E9%8D%8D%E8%86%9C&fr=yfp-s&ei=utf8&n=30&x=wrt&y=%E6%90%9C%E5%B0%8B http://web.pts.org.tw/~web02/explore/page11.htm 報告結束 謝謝大家