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1、第四章 碳時代,本章重點 這一章節將討論一些由薄碳片捲成的奈米碳管。這些薄碳片將有不同的型式及性質。它們可能將變成奈米電子中有用的元件或是儲存裝置之元件。,德霖機械系 張添財,4.1 碳的新型式,在1980年，三種碳的型式，即碳、石墨、非結晶型態。 其他首先被發現的是碳60球型分子為巴克球和碳60富勒烯C60 、奈米碳管。 碳60富勒烯為首先由球型碳分子組成足球形狀之結構，在結構中有60個碳原子(故稱碳60)和一些由六角環所分離出來的五角環。 當做滾珠軸承。,德霖機械系 張添財,第二個球形碳分子是橄欖球型的C70，結構有超過6角碳環。 同素異形體，取決於五角環是否孤立，或是七角環是否存在。其他
2、富勒烯型式一直到C120都已特徵化，而且在碳原子結構的相同與不同位置上，用五角環來描述其原子特徵。 原子置於富勒烯中為內生的。,德霖機械系 張添財,德霖機械系 張添財,富勒烯可以得到電子，其結構是Mx+C60n-，M+是陽離子，外生的。 存C60的塊狀或薄的薄膜是唯一的半導體並且有一個在室溫180Wcm的電阻率。當Mx+C60n-的x增加，而在化學計量學x=3金屬化時達到最小電阻。 X=3的金屬化，是超導體狀態，隨著超導體轉換溫度在M=Rb驅近-243。 添加三溴甲烷一些簡單有機複合物，就會增加傳導率。,德霖機械系 張添財,在富勒烯網狀結構中獲得金屬原子時，可以製造出的外生富勒烯。理論顯示出金
3、屬在轉移三個電子到富勒烯，會有最大的傳導性。 它們可以沉積來產生如大理石花紋一行一行般的傳導電路。 結合內生的掺雜結構與沒有掺雜的結構來改變富勒烯線的實際成份，可以在單一線上確定義絕緣和導電區域。,德霖機械系 張添財,4.2 奈米碳管的形式,比富勒烯更重要的是與石墨有關的奈米碳管。 石墨片捲曲時，就形成奈米碳管。奈米碳管只有石墨的切面彼此接觸。 奈米碳管有著不同直徑和長度，它們可能有不同尺寸的內圓柱孔和有許多軸套。 奈米碳管上下蓋是由富勒烯半球所組成。,德霖機械系 張添財,奈米碳管可以是由一支石墨片的管所形成的(單層奈米碳管，簡稱SWNT) ；一些同心石墨片管組成，稱為多層奈米碳管(簡稱MWN
4、T) 。 穿透式電子顯微鏡觀察這些奈米碳管時就像觀察平面一樣。在單層奈米碳管，只被觀察出2面，呈現出邊緣；而在多層奈米碳管，觀察出有超過2個面以上，並且可看出它們是一系列的平行線。 奈米碳管型式。鋸齒型、對掌型、扶手椅型。 。,德霖機械系 張添財,德霖機械系 張添財,德霖機械系 張添財,德霖機械系 張添財,德霖機械系 張添財,德霖機械系 張添財,4.3 奈米碳管的形成製作,富勒烯是在雷射熔融石墨時首度被發現的。 第一個方法為，2個碳電極通電流在一個氮氣和氫氣中來製作奈米碳管和富勒烯。這個方法稱為電漿流法。這個方法包含了一個電極(陽極)的蒸發，如陽離子隨後沉積在另一個電極上。 一個可能適合工業應
5、用的便宜方法是從煤中製造出富勒烯。,德霖機械系 張添財,德霖機械系 張添財,電弧法形成的奈米碳管是多層。 假如電極是被固定的，並添加鈷或其他的其金屬，則形成單層奈米碳管。 第一階段在此描述如“羽毛”和“基質”是由奈米碳管和奈米顆粒組成。 煤的羽毛 / 基質比值取決於其氫含量。較多的氫顯示可以產生較多的羽毛，因為添加的氫引起雜亂的碳材料形成，稱之熱分解碳。 中空細線及巢杯結構。,德霖機械系 張添財,德霖機械系 張添財,加入鈷的電弧法,使用鈷的濃度為3%或更多的電弧法。 添加了鈷時，在邊際產生1mm的網狀結構，或是在反應爐的爐壁到陰極間延伸口，可由拉曼光譜容易辨認出一串SWNT是網狀結構。 材料學
6、家的觀察，這是生產一致性奈米碳管的重點；那就是有相同直徑、相同長度、相同石墨護套的材料組織。 顯微鏡和光譜學，最重要的是同位分析。,德霖機械系 張添財,對於煤炭，有兩個有力證據說明大部份從燒炭中的煤和煤炭的實驗是直接從陽極的分離體取得。 對於石墨而非煤，則需觀察陽極和煤煙間有較大同位素差別。 假設芳香環能夠被加入奈米碳管的組成，其分子必可能從電弧邊緣轉移到電極表面，並且變成加長混合在一起。 在陰極奈米碳管的平均空隙沉積了比石墨多2nm。,德霖機械系 張添財,德霖機械系 張添財,雷射法,在1996年，預先將混合比例為50的鈷和50的鎳粉末(粒徑為1mm)之石墨桿在1200通氬氣，接著在1000的
7、真空中熱處理以移除C60和其他富勒烯族。 初始的雷射蒸發脈衝是由第二次脈衝來一致地蒸發靶材，之後的連續2個脈衝雷射使沉積如煤灰的碳減到最少數量；連續2個脈衝雷射分離較大的粒子，使他們第一脫落，並供應它們成為奈米碳管結構。 變更生長溫度、催化劑成分和其他過程參數，平均奈米碳管直徑和分佈種類也會不同。,德霖機械系 張添財,化學氣相沉積法,電弧放電加工和雷射蒸發是現今獲得大量高品質奈米碳管的主要方法。 第一個缺點是兩個方法都有蒸發碳電極，第二個問題在生長奈米碳管時，是高度混亂的型式，並非我們想要碳的形式或是金屬形式。 四個碳的結構形式：催化劑表面上的無定型碳管、無定型碳管的細絲，覆蓋在金屬粒子的石墨
8、層和MWNTs。 大量的奈米碳管能夠由Co和Fe催化乙烯的催化沉積來成形。,德霖機械系 張添財,沸石是一個具有能讓分子進入大空隙的籠狀結構。 使用催化劑為Co/沸石來製造MWNT時發現會產生，富勒烯和SWNTs。 鎳催化劑的化學氣相沉積時，乙烯的反應溫度圍545；而沒有催化劑時的反應溫度圍900。 含鐵複合物能製造優良奈米碳管陣列，每一個都有奈米碳管的形成。,德霖機械系 張添財,球铣法,球铣法和退火法是一個用來生產奈米碳管的簡易方法。 裝有石墨粉末(99.8)的不鏽鋼容器和帶有4個鋼球所組成，容器是清潔過的，並通入氬氣。 球铣法是在室溫下持續操作，在铣完之後，粉末在1400時通入氮氣(或氬氣)
9、下退火。球铣法過程會形成奈米碳管核，退火過程使奈米碳管的成長更加活化。,德霖機械系 張添財,其他方法,擴散火焰合成法。 電解法。 太陽能法。 聚合物熱處理法。 低溫固化熱解法來製作。,德霖機械系 張添財,裝配,Ajayan和研究夥伴開發出藉由切割聚合樹脂奈米碳管複合的一種簡易方法來製作奈米碳管整齊的陣列。 切片的厚度和位置的對準，使得在合成奈米碳管時增加切片厚度的影響減小，也影響合成奈米碳管。,德霖機械系 張添財,CVD的實驗中，為製造有良好的自動對準奈米碳管陣列而事先加入催化劑。 高度整齊獨立性的長奈米碳管可由埋在中孔的矽化鐵的奈米粒子做出來。 催化劑的使用，顯然促進了奈米碳管的形成。 用電
10、子束光微影在矽晶片上製成催化劑島狀物，這能夠用CVD來控制在基材方向成長SWNTs。,德霖機械系 張添財,4.5 奈米碳管的提純,傳統化學提純技術發現並不能有效地移除碳粒、非晶碳和其他不想要的種類。 MWNTs的提純成功已使用了三種基本的方法，稱為氣相、液相和插入法。 先初步過濾去除大的石墨微粒，溶解後移除富勒烯(在有機溶劑中)和催化劑微粒在強酸中微過濾。,德霖機械系 張添財,用色譜分析法來檢試任一分離的MWNT及多餘奈米微粒或是SWNT和不純的非晶態碳。在分離的最後階段使用表面活性劑，使奈米碳管分散。 微過濾鏡操作前，離心的分離是需要低產量下的煤灰中集中SWNT，因為奈米微粒容易污染這個薄膜
11、過濾器。 目前所使用的分離技術稱做空間排斥色譜法和串連過濾。 超音波震動將奈米炭管分成更小的部分。,德霖機械系 張添財,4.6 奈米碳管的特性,傳導性 Frank等人在一個水銀表面小心地觸碰多層奈米碳管纖維，由於添加的奈米碳管與水銀柱表面接觸増加MWNTs的傳導性。 把四個電極放在奈米碳管不同部分的技術來直接量衡SWNTs的導電率和電阻率。 這些單層奈米碳管在27時，電阻率為每單位公分有10-4的歐姆值。,德霖機械系 張添財,缺陷意外地使單層奈米碳管充當電晶體。 一個自然接合的單一奈米碳管，即是在一個平直的區域連接成一個對掌性的區域，相當於一個整流二極體。 當懸浮的奈米碳管從一個平衡的位置傾斜
12、轉向時，可以看作是彈簧。 當它們受壓時，其導電性也隨之降低。,德霖機械系 張添財,德霖機械系 張添財,強度和彈性,SWNTs比鋼更硬。 奈米碳管探針上的壓力將會引起彎曲，但不會造成探針之損壞；當壓力從探針上移開奈米探針會恢復原來狀態。 SWNTs的楊氏係數值大約是1Tpa。 一個(10，10)扶手椅型奈米碳管楊氏係數為640.30GPa，在(12，6)的是673.94GPa。 其他人在理論上顯示了楊氏係數取決予單層奈米碳管的尺寸和對掌性，範圍從1.22-1.26Tpa。 當多層奈米碳管彎斷，最外層最先折斷。,德霖機械系 張添財,4.7 奈米碳管的應用,電子元件 矽元件的持續微型化和電子性質的良
13、好控制在較小比例時，可能造成一些嚴重的問題。 科學人員已成功接上電晶體奈米碳管。電流的建立由覆蓋一個單一奈米碳管在三個平行的黃金電極，並且在電極和所噴灑鉀原子的頂部之間添加聚合物。所噴灑的鉀原子增加電子到奈米碳管上。,德霖機械系 張添財,已用在電腦的電路來製造一個邏輯迴路如一個標示對或錯的裝置，如同再電腦中的二進位運算。 多層奈米碳管的混合物也要良好的場發射，如同他們在電場影響下發射電子，正好在螢幕下面安排數百萬的奈米碳管能夠提供每一像素-韓國Samsung公司努力開發用奈米碳管做的平板顯示器。 只需要傳統液晶顯示器電力的一半，且奈米碳管符合電子元件典型10000小時生命週期的要求。,德霖機械
14、系 張添財,儲存 奈米碳管可以有儲氫的作用。 儲存氦氣。 儲存其他的材料，像氧化物或銅般的金屬。 奈米碳管也可以用來當奈米試管或者是移去碳來製造用於電子電路中的奈米銅線。 用於電池，石墨能夠儲存在鋰離子上，當作一些電池的電荷運輸載子，而每個鋰離子須6個碳原子。,德霖機械系 張添財,材料 複合材料中碳纖維有很高的長度與直徑比。 奈米碳管纖維，儘管他們在強度方面較差，但他們不同於傳統石墨纖維，是有可彎曲的性質。 傳統碳纖維需要使石墨面對準在高溫中製作，但是奈米碳管可以從膠狀溶液在實驗中製作。,德霖機械系 張添財,機械 Dreexler機械是以奈米齒輪來代替奈米碳管。 奈米碳管能夠適當地充當軸承在奈
15、米機械中代替不同的結構，不同的奈米碳管來做旋轉運動或是改變運動方向。 應用為奈米開關。透過將電壓加於軸承，研究者能夠快速地迫使中央的管子滑出來，而透過一多層奈米碳管內部管子的移動，形成了一個如活塞的結構。 Drexler等人已經在奈米尺度來對機械系統作模型化設計；不在認為材料為一個連續體，因為其性質不斷地在改變，就像是被切斷和成形。,德霖機械系 張添財,德霖機械系 張添財,德霖機械系 張添財,太空電梯 研究人員正研究建築第一個太空電梯的可能性，這將由地球表面的一條纜繩到太空中人造衛星高度的質心所組成，而這樣才不會是以拖曳的方式行進。 貨物和人們可以由此一電梯來升降運送。 最大應力點的發生是在纜
16、繩和衛星的角速度比地球大的高度，所以在靠近地球這一端的纜繩一定要是最粗的且有錐度。,德霖機械系 張添財,這些錐度因子已被測量出來，而且鋼在太空中測出的錐度因子比原本要寬10000倍。 在鑽石方面，其錐度因子是21.9，但鑽石是易碎的。 奈米碳管有如鑽石般的抗拉強度。 克服發展分子奈米科技的困難問題，就有能力作出7萬公里長的奈米碳管系統。,德霖機械系 張添財,直達外太空的電梯2018年完成,每趟太空任務都必須所費不貲發射火箭，成功率還不是百分百，現在有科學家突發奇想，乾脆蓋一個長達10萬公里的電梯，直達外太空。 美國一群科學家計畫要在赤道蓋一個直達外太空，長達10萬公里的夢幻電梯把電梯口蓋在地球
17、赤道的海上，另一頭則是漂浮在外太空。直達太空的電梯，將採用太陽能驅動，傳輸帶則是用奈米技術。 NASA科學家卡薩諾瓦：大家都覺得這是個科幻概念，不過事實上並不是，物理定律就可以解決。 人類要到外太空旅遊，搭電梯就可以到，而且原本搭太空梭要價台幣60萬，改坐太空電梯，只要花1萬2台幣。,德霖機械系 張添財,巴克球對環境的影響 2005.5.9,巴克球是由60個碳原子所組成的足球型分子，也稱為富樂烯(fullerenes) 。 大多數的科學家都假設巴克球並不會溶解於水中，因此並不會威脅到環境。但德州萊斯大學的研究人員發現當巴克球異常的結合成奈米團“nano-C60“時，他們的水溶性是單一巴克球的十
18、倍。 科學家發現溶解在水中的巴克球(buckyball)，對土壤中的細菌會有負面影響。將nano-C60 暴露於二種常見的土壤細菌中，並發現低濃度的nano-C60抑制細菌成長和呼吸作用。C60聚集體也許是相當好的抗菌材料，但對生態系統健康也會有相對的衝擊。 些微粒的表面具有獨特的化學性，也因為他們的奈米尺度造成擁有異常的特性。這也使奈米顆粒可以成為有用或是危害生物系統的物質。 研究顯示低濃度的巴克球會影響生物系統，如：人體的皮膚細胞，而這份研究報告是著重在巴克球如何對環境造成影響。,德霖機械系 張添財,奈米碳球融入汽車塗料2005.6.1.,將奈米碳球融入汽車塗料中，可讓鈑金的防鏽效期延長一
19、倍，台南地區已有鈑金大廠的供應商投入奈米汽車塗料的研發，南台灣創新園區認為，府城的汽機車零配件廠很多，將媒合這些企業跟工研院合作，透過奈米碳球的技術移轉，希望能突破傳統技術瓶頸，一次解決汽車鈑金的硬度及防鏽效能，助台南的汽車零件產業登上國際舞台。 南創園區指出，一般汽車鈑金的防鏽效期都在五至八年，西德福斯汽車曾誇言其汽車鈑金防鏽效期超過十二年，儘管福斯汽車防鏽功能卓越的製造技術是企業不洩的機密，但運用新開發出來的奈米碳球，要研製出鈑金防鏽效期倍增的汽車塗料應該不難。 南創園區並指出，很多汽車零件的原料廠，都想研創出能同時提高耐磨損高硬度，且防鏽效能更佳的鈑金原料，但過去增強硬度多採熱處理作業，
20、加強鈑金硬度和防鏽效能一直無法同步實施，因此南創園區希望透過磁性奈米碳球和非磁性奈米碳球的結合運用，以最省成本的方式，開發出兼具增加硬度及防鏽效能的鈑金原料。,德霖機械系 張添財,巴克球能抑制土壤細菌2005.7.3.,美國萊斯大學和喬治亞理工學院的研究人員最近發現,碳六十(C60 分子遇水結集成的奈米碳六十聚合體(nano-C60 合计)， 不利於土壤細菌的生存。在特定的條件下,這種聚合物會抑制土壤細菌的成長及呼吸作用效率。 研究團隊以nano-C60 分子對兩種經常在土壤中發現的細菌進行測試,它們分別為革蘭氏陰性菌大腸桿菌(Escherichia coli DH5a) 及革蘭氏陽性菌中的枯
21、草桿菌(杆菌subtilis CB315)， 結果發現對於含菌量較少的培養基,濃度度相當低( 約0.4毫克/ L) 的nano-C60 便可抑制兩種細菌的生長,但是對含菌量較高的培養基,nano-C60 的濃度則需超過2.5毫克/ L 才能抑制細菌生長。研究人員發現類似濃度的碳六十也會降低細菌的呼吸作用率,但羥化後的富勒烯(hydroxylated fullerenes)(C60(噢)22-24) 則對細菌並無顯著影響。 研究小組還發現含原始碳六十的聚合體擁有規則的晶體結構,而它們的形狀、大小及穩定度則取決於生成時的條件,如攙水的速率及水溶液的酸鹼值。在人工海水或微鹹的水溶液中,這些聚合物並不
22、安定,但在離子強度低於0.05 I 的淡水環境中,相當大比例的聚合體可以穩定存在達15週之久。 以處理黑炭塊材的準則來處理廢棄巴克球,休斯 指出巴克球的特性迥異於碳塊材,因此應以不同的方式加以處理才對。該小組正準備根據獲得的資訊,修改這些物質的使用規定及使用方法,期使工業界及生態環境都能更加安全。,德霖機械系 張添財,磁性奈米碳球 生醫科技新寵 2005.5.26.,工研院化工所研究員黃贛麟、余祺、及張家耀，昨天在南台灣創新園區舉辦的先進技術研討會中，推出該所最近研發成功的磁性奈米碳球衍生物。他們指出，跟碳六十及奈米碳管同屬籠狀碳結構的奈米碳球，外殼是多層石墨結構，內部還包含有金屬微粒，是結合
23、有機高分子（塑膠）及無機高導電體的碳簇材料，具光、電、力、磁的特性。因此奈米碳球的應用範圍跨足光電、生醫、及奈米等重要的科技領域。 黃贛麟等人並指出，工研院化工所最近曾對新開發成功的磁性奈米碳球衍生物進行實驗，發現這種磁性奈米碳球，用在掌性抗癌藥中，可使藥的合成產率提高八成，效果是傳統抗癌藥合成法的兩倍；在藥物的釋放上，磁性奈米碳球也能控制藥物聚集在病變部位，提高抗癌藥的醫療效果，並減輕肝及腎臟的藥物副作用。 同時，也因為這種磁性奈米碳球，既可安定分散在有機溶液中，也含有高導電和導熱效能的金屬微粒，用在風扇方面製程，更是製作散熱材的好材料。,德霖機械系 張添財,碳奈米管電子設備將在四年內創造3
24、6億美元商機,根據一份來自NanoMarkets LC(市場研究、諮詢公司)的報告顯示，具有獨特電子、熱量、物理特性的碳奈米管（Carbon Nanotube,CNTs）將在2009年以前創造$36億美元的電子及半導體商機。 -碳奈米管技術製成的放射顯示器，結合高畫質的陰極射線管(CRTs)、平面LCD與電漿顯示器，但是不佳的觀看角度卻是今日平面螢幕的問題。 -碳奈米管製程的記憶體結合SRAM的速度與不妨礙性，應該加快使用於手提電腦、行動電話和PDA上。,德霖機械系 張添財,液態碳是生長碳奈米管之關鍵 2005/03/05,由美、法及巴西的科學家組成的研究小組發現，液態碳在弧光放電法形成多壁式
25、碳奈米管的過程中，扮演著關鍵的角色。根據他們的推測，碳奈米管是透過碳液滴中的均一成核作用(homogeneous nucleation)而形成。 在研究碳管的穿隧特性時，發現碳奈米管上面有許多水滴狀的碳珠。他們在高壓氦氣之中，利用純碳電極以弧光放電方式生長碳奈米管。若氦氣的壓力較低，相同的步驟卻會成長出巴克球(即C60)。研究人員表示，相較於以催化劑方式成長碳管，弧光放電法的產物較無缺陷。,德霖機械系 張添財,製造碳奈米管的新方式 2005.6.11.,研究人員採集草葉，將它們搗碎並以華氏250度加熱一小時，之後再烘乾。最後再將所得物質放置於密封容器，與15毫升的氧氣加熱至華式600度約20分
26、鐘，冷卻之後，注入氧氣再加熱，這個過程需要重複50遍。 結果會得到長約1微米，外直徑30-50毫微米與內直徑10-30毫微米的奈米管，預估平均產出量約15%。根據C-H-O的系統，加入水可以簡化並精製出碳奈米結構，這項技術可以直接將碳水化合物轉換成碳奈米管，並且打破傳統的極限來獲得活躍碳原子，再將碳原子裝配成碳奈米管。 許多植物，包括草都有運送流體的維束管(vascular bundle)。維束管是一個筒形結構，主要包括纖維素、半纖維素、木素。研究人員預先除去草葉的蛋白質和油質的成分，在華氏600度的高溫下，將纖維素的水分除去並轉換成奈米結構的碳原子，同時也會導致氧化去木質素反應作用(oxid
27、ative delignification)的發生。 筒形結構的碳製程奈米管的關鍵，使用非筒形的碳水化合物於同樣的製程，如：葡萄糖、蔗糖，生產出的奈米管相當有限。木頭和大麻是生產奈米管材料最好的來源。 得到的碳奈米管在壁層會有些瑕疵，但可以應用在催化過程中催化劑的輔助，研究人員將會進一步的嘗試各種不同的反應條件來生產碳奈米管，並結合低成本的生產理念達到大量生產的目標，這為碳奈米管製程提供一條新的路線。,德霖機械系 張添財,野草成為奈米碳管新來源2005.7.4.,中國科學家發現了一種製造多壁式碳奈米管(multiwalled carbon nanotube)的新方法在氧氣環境下將草加熱！以這種
28、方法產生的碳奈米管長約1m，直徑約30到50奈米，可望被應用在觸媒領域中。 包括草在內的許多植物都有管狀的組織，這些管狀物多半由細胞膜質纖維素(cellulose)和木質素(lignin)所組成，用來傳輸液體至整株植物。東北師大的研究人員相信，攝氏250度的預熱可以除去草的蛋白質和脂肪成份，而後續的高溫處理則使纖維素脫水轉化成碳奈米結構。 在此製程中，管狀結構的碳材是製造碳奈米管的重要關鍵，因為以同樣方法加熱無管狀結構碳水化合物如葡萄糖和蔗糖，所產生的碳管少多了。除了草之外，他們發現有管狀結構的樹木或是麻類植物，也是製造碳管的好材料。,德霖機械系 張添財,以碳奈米管量測血糖濃度的新方法 200
29、4/12/29,研究人員Michael Strano表示，碳奈米管發出的螢光在近紅外光波段，幾乎不被人體組織與生物流體吸收。為了要製作此感應器，研究人員在高壓一氧化碳裂解法製成的奈米管上鍍上單一分子層的葡萄糖氧化酵素。這種酵素一方面能防止奈米管互相沾黏，同時可避免奈米管成為葡萄糖的結合區。然後研究人員將氯鐵酸鹽離子加在奈米管表面，這些離子會穿過葡萄糖氧化酵素並吸附在奈米管上。 Strano指出，當葡萄糖接觸葡萄糖氧化酵素時，所產生的過氧化氫會迅速與氯鐵酸鹽作用，因而改變奈米管的電子結構與光學特性。越多的葡萄糖參與作用，奈米微管所發出的螢光愈亮。研究人員將奈米微管密封在一個直徑200微米的毛細透
30、析微管中，並將整個毛細管植入人體表皮組織，此毛細管可以加強葡萄糖分子的擴散效率，並保持奈米微管的位置。,德霖機械系 張添財,奈米碳管可提升金屬氫化物的儲氫能力 2005/03/13,加拿大魁北克大學特瓦河分校(University of Quebec a Trois-Rivieres)的研究人員發現，在掺雜鈦(Ti)與鋯(Zr)的氫化鋁鈉(Ti/Zr-doped NaAlH4)中添加單壁式碳奈米管(SWNT)，可以有效改善其儲氫特性，且添加碳管後，其氫氣吸附的動力學效率增為原先的四倍。 魁大的Dehouche等人以機械研磨方式製備添加碳的Ti/Zr-doped NaAlH4，他們加入分屬單壁式
31、碳奈米管、石墨或活性碳等三種形態的碳，其中單壁碳管是以高壓一氧化碳裂解法來合成(HiPco)。研究人員利用氫化滴定系統(Hydrogen titration system)在160純氫環境下，測試不同合成材料的氫吸放特性高達200次循環，其中吸氫與放氫的壓力分別為35及0.25 atm。 實驗發現，三種碳材均可使Ti/Zr-doped NaAlH4的吸放氫更加迅速，其中加入碳奈米管的效果最好，其吸放氫動力學效率是未添加前的四倍，不過，這個優勢在經過200次循環後便開始衰退。研究人員相信，碳的出現提供了新的氫轉移部位(hydrogen transition sites)，而且碳的結構關係重大。科
32、學家推測，奈米碳管的高氫氣擴散率有利於氫原子的轉移，而碳管的熱傳導較快也有助於縮短吸放氫的反應時間。,德霖機械系 張添財,奈米管進入平面螢幕市場 2005.6.5.,NED基本上是一支細而平的陰極射線管，在各映像點有數以萬計的電子槍。NED具有充分的彩色影像、高亮度、純淨均勻的顏色已達到商業化的範圍，NED未來將會使用於平板顯示器。 開發的關鍵是Motorola可以將碳奈米管直接在顯示器的玻璃基體上生長。從前，碳奈米管以黏貼或列印的方式在顯示器表面，但效果相當不理想，在面板背後約3毫米的距離，安置包含一千個碳奈米管的映像點，這樣的排這列可以使電壓激發各奈米管，並以電子轟擊黃磷。 僅有3.3毫米
33、的厚度，對角42吋對5吋，1280x720高清晰度電視並有60赫茲的更新率，Motorola估計42吋NED會消耗75瓦的電，而LCD會消耗大約180W，因為需要60W給背光和矩陣開關。,德霖機械系 張添財,碳六十可延長有機發光二極體的壽命 2005/03/06,有機發光二極體(organic light-emitting diode, OLED)的壽命越來越長了。根據韓國科學家的研究發現，將碳六十(C60)掺雜到OLED中，不但可以提升其性能，還能使元件的壽命延長兩倍。 OLED由於製造過程簡單，且發光範圍涵蓋整個可見光波段，因此應用潛力頗為看好。在有機材料中，電子與電洞先配對形成壽命有限的
34、激子(exciton)，當激子衰退時，電子與電洞復合(recombine)並發射光子。典型的OLED含有薄薄一層發光層，夾在電子傳輸層與電洞傳輸層之間。提升OLED性能的方法之一，是藉由添加掺質(dopant)來增加電洞傳輸層的遷移率(mobility)，讓更多電洞與電子復合。 三星(Samsung)公司研發中心的Jun Yeob Lee及Jang Hyuk Kwon將碳六十掺入以有機材料TDAPB為電洞傳輸層的磷光元件中，並改變碳六十的濃度由0至3%，結果發現掺雜3%碳六十的元件電洞遷移率為無掺雜時的5倍，電流密度增加了3倍，OLED的發光強度因而增加了30%。 掺雜3%的碳六十還能使元件壽
35、命由未掺雜前的700小時延長至1400小時。,德霖機械系 張添財,碳奈米管可用來偵測氣體 2005/01/15,瑞典和美國的物理學家證實，碳奈米管(carbon nanotube)遭受氣體原子或分子撞擊時，電阻會改變。這項新發現對於利用碳奈米管做為化學感測器的元件，將有重大的影響。 美國賓?州州立大學的Hugh Romero和Peter Eklund以及瑞典Goteborg大學、Chalmers科技大學的Kim Bolton和Arne Rosen證明在不同種類的氣體撞擊之下，壁身的微小形變或凹陷，會使碳奈米管的電性產生改變。 該團隊測量含有成束單壁式碳奈米管的薄膜，暴露在約一大氣壓的不同氣體中
36、時的熱電力(thermoelectric power)和電阻，其中的碳管管徑約1至6奈米、長度約數微米。研究人員發現，在充入不同的惰性氣體原子(He、Ne、Ar、Kr、Xe)和小型分子(甲烷、氮)，碳管的熱電力和電阻與氣體分子或原子質量的三次方根成正比關係增加。Bolton指出，碳奈米管因遭受氣體撞擊，邊壁產生形變因而妨礙電流的流動，科學家可以利用這個特性來偵測氣體的存在及其壓力大小，特別是現行偵測技術很難偵測到的氣體。,德霖機械系 張添財,美國科學家以碳奈米管開發新型X光儀器 2005.5.12.,美國北卡大學教堂山分校(University of Northcarolina, UNC-Ch
37、apel Hill campus)與他們投資的新公司Xintek Inc，共同研發以碳奈米管放射多條小射線所組成的掃描X光束。 這項儀器可以用於更快、更小的X光圖像系統，從機場行李查驗和X光斷層照相術。同時更可以產生高解析度的圖像，只需要少量的電源，而儀器的價格也相當便宜。 奈米管X-射線技術允許儀器在室溫下操作，而不是傳統儀器所需要攝氏1,000度來進行。它同時可以作為高速X-射線照相機，拍攝高速移動物體的清晰圖像。 傳統CT掃描器使用在機場和醫院為診斷圖像時，X-射線都必須在目標物附近轉動，需要收集許多圖像來建立一張三D的圖像，現有的掃描器過於龐大，價格也相當昂貴。,德霖機械系 張添財,碳
38、奈米管大小口徑軟硬有別2005.7.10.,美國喬治亞理工學院GIT的Elisa Riedo指出，科學家從以往的研究得知碳管在軸向上非常堅硬，但對其徑向上的彈性卻所知不多，主要是因為奈米管非常微小，科學家在進行測量時很難避免破壞管身。為了克服這一點，iedo等人利用原子力顯微鏡(atomic force microscope, AFM)，對碳奈米管做奈米壓痕(nano indentation)實驗，以測定其硬度。該AFM具有氮化矽懸臂，探針針尖平均半徑為35nm，而接受測試的碳管直徑介於0.2到12奈米，是以乙炔(C2 H2)做為碳源，藉由化學氣相沉積法製成，其中直徑最小的奈米管可能是單壁式碳
39、管。 實驗結果發現，直徑2nm的碳管徑向硬度高達約600 GPa，但是直徑更大的碳管卻低多了。當碳管直徑大於4nm，硬度只剩約30 GPa，與石墨c軸的楊氏係數(Young modulus)36 GPa差不多。 Riedo表示，他們由單壁式碳管開使量起，逐漸增加碳管的層數，但保持外管徑與內管徑的比值為2.2，結果對於內徑較小的碳管而言，半徑加大會使它們變得較軟，這代表軸向的剛度(rigidity)取決於內半徑的大小，碳管的層數並非主要因素。,德霖機械系 張添財,碳奈米管有助於修復腦部損傷2005.7.9.,特里斯蒂大學的Laura Ballerini和Maurizio Prato表示，將碳奈米
40、管和神經元放在一起培養的想法來自於它們結構的相似性，延長生長的神經細胞與圓柱狀的碳奈米管外觀類似。由於碳奈米管本身具有導電或半導電性，因此理論上應可作為輔助元件，用來聯結原先在結構及功能上已失連的神經元。 為了將多壁式碳奈米管塗佈在玻璃基板上，研究員以砒咯啶基團(pyrrolidine groups)活化碳管，再以有機溶劑二甲基甲醯胺(dimethylformamide)促進溶解。然後把含多壁式碳管的溶液滴在蓋玻片上，待有機溶劑蒸發後，再以加熱處理方式使蓋玻片上的碳奈米管失去功能。 研究人員將腦部海馬迴的神經細胞分別培養在有塗佈及未塗佈碳管的蓋玻片上，然後持續監測神經元的生長情形八到十天。神經
41、細胞在兩種蓋玻片上不但有類似的生長情形，且細胞靜止膜電位(resting membrane potential)、輸入阻抗(input resistance)、電容率(capacitance)及內在激發性反應(intrinsic excitability)都很相似，不過培養在有塗佈碳管玻片上的神經細胞其突觸後電流(postsynaptic currents)頻率比未塗佈的對照組高6倍。 Ballerini強調，這是科學家首度證明碳奈米管能大幅提升神經訊息傳遞的效能，可望提供組織工程新的發展方向，例如研發出能連結受損神經元或直接提升訊息傳遞效率的材料。Ballerini預見他們的研究結果將直接衝
42、擊慢性神經系統植入物的設計。,德霖機械系 張添財,碳奈米管現身環法自由車大賽2005.7.6.,在今年的環法自行車大賽(Tour de France)中，世人將可看到瑞士峰力車隊(Phonak Team)的選手騎著車架中含有碳奈米管(carbon nanotube)的自行車參與比賽。瑞士製造商BMC公司聲稱，此款名為Pro Machine的自行車車架重不到一公斤，並且具有傑出的剛性與強度。 BMC公司利用美國運動用品專家Easton公司所發展出的複合技術，製造出此款車架。該公司的強化樹脂系統(enhanced resin system)主要是將碳纖維嵌入以碳奈米管強化的樹脂載體中。根據East
43、on公司的說法，這種做法可以提升碳纖維之間的強度與韌性。Easton公司與美國奈米材料專業廠商Zyvex公司合作，後者負責提供碳奈米管，並能將奈米管的表面改質，使它們容易分散於其它材料中。 BMC公司表示，此車架的組件中，只有五通主軸(bottom bracket threading)為鋁合金，其餘皆採用上述含碳管之新材料，此外，BMC本身並投入模造技術，結構體在製造後不需要再切削加工，因而得以面除對碳纖維的破壞。 第92屆環法自由車大賽將於7月2日至24日舉行，其參賽路程總距離為3607公里。美國車手Lance Armstrong試圖問鼎這項比賽的第七次冠軍，不過他並未公開談到他的自行車是否
44、含有碳奈米管。,德霖機械系 張添財,奈米竹炭纖維 可蓄熱保溫,竹炭紗廠商台灣百和科技昨（三十一）日與工研院材料所舉辦台灣生態炭素與奈米竹炭纖維成果發表會，現場展示極凍環境與竹炭保溫體驗與測試。百和以此材料已成功開發針織及平織的各類織帶、運動織物、保溫襪、圍巾、窗簾、隔屏、寢具布料及鞋墊等民生保健用品，美國NIKE公司已將竹材納入二五年預計使用的新指定原料。 負責竹炭研發的材料所經理陳文祈表示，這類纖維材料是使用台灣的四年生孟宗竹為材料，採傳統土窯高溫炭化技術燒製，經奈米級研磨，配合生化科技抽紗製成。此材料結構緻密、孔隙多、礦物質含量豐富，能釋放遠紅外線，具有蓄熱保溫，除臭抗菌功效，更可促進血液
45、循環。 台灣百和投入竹炭紗研究，以台灣土窯燒製而成的竹炭，官能機特別豐富，相較於大陸進口產品，品質更加優良。且台灣竹材因年年有颱風吹襲，竹材相對堅韌，內部纖維組織的維孔束更多，吸附能力等功能更加強大。百和是知名運動品牌NIKE、Reebok的供應商，每年兩次定期與設計師直接開會討論各項新產品外，並不斷在世界知名展覽中展出竹炭紗材料。,德霖機械系 張添財,奈米與遠紅外線運用在紡織纖維上,遠紅外線寢具或衣服與人體密著，纖維本身會與人體溫度相互感溫。 遠紅外線分子與分子之間可引起核磁共振，產生能量，深入皮膚深層按摩，促進氣血循環，達到保暖的效果。 促進血液循環，改善微循環，改善手腳冰冷。 促進核桃、核酸以及蛋白質之生成，讓全身各部位細胞營養充足，達到活化細胞、抗衰老的功效。 活絡筋骨、改善酸痛、消除疲勞、改善體質，使身體更健康。,