材料与奈米科技的发展与人物.ppt

第十三章

材料與奈米科技的

發展與人物;材料科技;材料的分類;金屬材料;不銹鋼─含有鉻、鎳等元素，可在表面產生一層保護膜以避免氧化生銹;輕金屬;鎂合金具有相當低之比重，現今之行動電話及筆記型電腦在輕薄短小及防電磁波外洩的要求下，其外殼材料已經逐漸使用鎂合金;鈦合金純鈦的比重較鎂合金或鋁合金高。然而相較於鋼鐵而言，鈦合金具有質輕，強度較鋼硬，熔點高（1672℃），且不畏強酸、強鹼腐蝕之優點，一般應用於眼鏡架、高爾夫球具及航空器上。在飛機上，部分須要耐高溫的零件就必須以鈦合金來製作

;有色金屬;青銅器;貴重金屬─金、銀、白金及其合金;由於金的導電率高且不會產生氧化作用，所以目前之光電半導體工業的連接線均以純金線為主，1998年的使用量即高達數公噸之多;銀（熔點962℃）的比重為10.49，主要用於貨幣及食物容器。銀為最佳之導電體，但由於價格昂貴而無法做為一般導電材料。銀必須添加其它元素以增加強度及硬度，主要的合金元素為銅，法定純銀之成分為92.5%的銀及7.5%的銅。銀的反射率高，所以被用於玻璃鍍銀作成鏡子；底片上的感光粒子主要為溴化銀（AgBr）；此外，銀可作成銀錫汞或銀錫銅汞合金（俗稱汞齊），廣泛應用於鑲牙材料;白金（熔點1769℃）的比重為21.43，其延性及展性均非常的好，可加工成錢幣、珠寶裝飾品，由於具有良好之耐蝕性及抗氧化性，在實驗室中常被用於高溫熱電偶、電化學的電極、坩堝、電路接點等。又具有獨特的觸媒作用而廣泛應用於石化工業；若利用白金作汽車觸媒轉換器，則可減少廢棄之排放量

;低熔點金屬─鉛、錫、鋅及汞;錫(熔點232℃)的比重為5.8（灰錫）或7.3（白錫），灰錫與白錫之轉換溫度為13.2℃，高於此溫度為白錫。錫廣用於鍍錫鐵板，亦即是馬口鐵，耐蝕性良好，作為一般食品罐頭，其有機酸錫具有抑制腐蝕的作用；錫又可與其他低熔點金屬配成易熔合金或軟焊材料等

;鋅(熔點420℃)的產量僅次於鋁及銅，鋅的比重為7.13，鋅合金廣用於壓鑄模具;汞的比重為13.6，熔點為?38.8℃，所以，我們一般看到的都是液態的汞，最常見的就是水銀溫度計及牙科用的汞齊

;鎳(熔點1455℃)與鐵一樣具有磁性，比重為8.91，常用於貨幣中之添加元素、不銹鋼的合金元素，或電池及觸媒等材料

鎳基超合金是耐熱金屬，用於超音速戰鬥機之推進器中的渦輪葉片;形狀記憶合金;記憶合金可用來作自動調節電流之開關，當電流過大時，溫度會升高，此時記憶合金會恢復原狀，使得開關跳開，而當電流變小，溫度降低，記憶合金會再度變形，使得開關重新接通。其他還可用來作可偵測溫度之機器手臂、胸罩中的記憶鋼圈等等

最早的記憶合金，是用金（52.5%）與鎘（47.5%）作成，後來又有鎳鈦合金、銅鋅鋁合金等數十種產品出現。鎳鈦形狀記憶合金則應用於牙齒矯正線;鎢具有金屬中最高的熔點（3410℃），可用作燈絲，添加於鐵中可製作成高速鋼、鑽頭鋼等，因其耐磨損且抗腐蝕性佳，且不怕摩擦產生高熱而變質或變形

愛迪生使用鎢絲製作了燈泡，開啟了人類光明的時代;陶瓷材料;陶瓷材料也是最進步的材料，例如太空梭外表之隔熱磚。除了傳統之碗、盤、花瓶等陶瓷外，新式之陶瓷材料可用作假牙，或用在光學、電子元件上。例如聲光調製器，可用在雷射唱盤之光學讀寫頭上，用來控制雷射光輸出之方向;玻璃材料;超導材料;超導材料具有零電阻及磁浮等兩項特點。零電阻可減少電流傳遞之損失；而磁浮現象是因為超導材料在其臨界溫度以下，磁力線無法穿透，只能從其旁邊經過，因而將超導體托起而使其懸浮

;將超導材料製作成傳輸電力的電線，則可省下很多在傳遞過程中因為電阻而損失的電力

將超導材料與磁鐵搭配應用於高速鐵路，則可使得列車浮在軌道上，不必使用車輪而無摩擦損失，列車將因此更平穩及更快速;聚合體或高分子材料;熱固型聚合體就是聚合體在加熱後會硬化

熱塑型聚合體則加熱後會軟化

聚合體包括塑膠、人工橡膠及人造纖維等，是將有機單分子聚合而成。有機高分子材料不易破碎、質輕、不導電、耐酸鹼腐蝕及不耐溫，故可作為容器、衣物、電線外面之絕緣層及家用器具之外殼等

由於聚合物不易分解，在過去曾經被視為優點，而今則被視為環保問題;複合材料;玻璃纖維複合材料為玻璃纖維所製之布加上熱熔樹脂，然後壓製而成，可用作人造衛星、火箭之外殼，以及雷達罩（因其不反射電波）等

碳纖維複合材料則為苯烯脂纖維加上其他材料製成。碳纖維複合材料質輕，強度大，且耐高溫。在民生工業上常用作高級自行車架、網球拍、高爾夫球具之桿身等;半導體材料;晶圓放大圖;奈米科技;物質在微小的尺寸下，其特殊之奈米結構會改變物質之基本物理化學性質，例如力學性質、光學性質、電性質、磁性質、熱性質、表面性質等方面，皆會在奈米尺寸下展現出不同於大尺寸世界之特性

例如一般的金塊是金色，且化