【李家同】為台灣加油打氣專欄_(116) 工業基礎技術計畫─奈米粉體

張貼者:2017年10月17日 上午1:58台灣精密工程學會   [ 已更新 2017年10月17日 上午1:58 ]

    我們將紙燃燒以後,就可以看到一縷煙,其實煙裡面全是所謂的粉體,燒稻草的結果也是如此。這些粉體都是比較大粒的,我們現在要生產一種非常小的粉體,這種粉體的大小是奈米級的,1奈米等於10億分之1米,可以想見的是這種奈米雖然存在,可是是我們看不見的。有什麼用呢?請看圖一:

 

圖一

 

    通常我們要在透明的塑膠上面再加上一層塗料,這種塗料中通常要加入一些奈米級的粉體,如下圖二,使得透明塑膠耐刮也耐磨。塗料本身就是透明的,奈米級的粉體加進去以後仍然是透明的,因為它小到我們眼睛看不見。

 

圖二

 

    要產生這種粉體,我們必須要將原材料加高溫,一般性的鍋爐有一個缺點,那就是我們只能產生氧化物,因為燃燒是需要氧的,假如我們要產生碳化物就不行了。

 

    用電漿是可以產生這種奈米級粉體的,所謂電漿就是帶電的離子,而且可以是高溫。如果我們當初電漿的材料是碳的材料,而粉體的材料是矽,所做出來的就是矽化碳。比方說有一種粉體叫做奈米金剛砂就是用電漿做出來的,要做出這種粉體就一定要靠電漿技術。

 

    可是粉體有的時候會互相黏起來的,如圖三:

 

圖三

 

    如果粉體靠得太近的話,它們可能形成比較大的粉體,這當然不是我們所要的,於是乎我們的工程師就發現他們要在粉體外面包覆一層物質,一旦包覆了以後就使得粉體不會聚集在一起,這也是一種混和分散的方法。可是外面包覆的這層物質一定要和粉體有化學作用,如果只有物理作用就不行了。除此以外,這一層物質要非常的薄,如果厚了,那這個粉體就不透明了。如何使得外層包覆能夠這麼薄,這就是要靠進料時候的速度以及包覆物質的濃度,太濃了當然就會有好厚的外層。

 

    這種外層的包覆還有一個作用,請看圖四:

 

圖四

 

    我們的塗料是有機高分子,我們的粉體是一種無機材料,要將這種無機材料送進有機高分子會有一種問題,那就是那些無機材料發現那些有機高分子材料對它們並不十分友善,所以它不能趴趴走,其結果如圖五:

 

 

圖五

 

    從圖五可以看出在高分子材料中,有些地方粉粒是進不去的,可是如果粉粒外面有那層包覆的物質,情形就不一樣了,高分子材料就會讓這些粉粒到任何地方去。這有點像一隻狼,牠想到羊群中去,牠唯一的辦法就是披上一層羊皮,然後他就很容易地混到羊群裡頭去了,如圖六:

 

圖六

 

    圖七顯示將粉粒外面包覆一層物質,叫做「外表改性」,圖七顯示經過外表改性以後,粉粒就很均勻地分布在高分子材料中。

 

圖七

 

    圖七中的粉粒就分布地比較均勻,當然透明度也就會好。圖八顯示實驗的結果,各位可以看出來,如果是分布均勻的奈米級粉粒,塗料是非常透明的;如果粉粒不夠小,或者粉粒有聚集的現象,塗料就不透明了,我們可以說玻璃變成毛玻璃了。

 

圖八

 

    這個研究是工業基礎技術計畫所支持的,我們常常聽說奈米科技,各位一定要知道我們並不是買奈米的材料的,所有的設備都是自己設計製造的,而且製程中間很多的參數也是經過好多實驗才確定的。我們通常說「天下無難事」,其實我們應該說「工業無易事」,因為我們國家所要發展的工業是很高級的工業,當然這種工業所需要的技術都不容易的,不然的話什麼國家都會有高級的工業了。

 

    可是再高級的工業產品也需要懂得很多基本的工業技術,虧得我們國家有這種工業基礎技術計畫,使得很多年輕的工程師可以發揮他們的才能,使得我們國家也真正進入了奈米級的國家。我們應該給這些工程師掌聲鼓勵。



李家同

清華大學、靜宜大學、暨南大學榮譽教授 

博幼社會福利基金會董事長

 劃撥帳號:22482053

(300)新竹市光復路清華大學資訊工程系 

網站http://erdos.csie.ncnu.edu.tw/~rctlee/article/index.htm
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