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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. 進入教材. 1. 奈米科技的原理與應用大綱. 下一頁. 2. 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. 奈米光觸媒是什麼 ?- Ⅰ. 下一頁. 3. 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. 奈米光觸媒是什麼 ?- Ⅱ. 下一頁.

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  1. 奈米科技的原理與應用 單元四：奈米光觸媒 進入教材 1

  2. 奈米科技的原理與應用大綱 下一頁 2 • 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

  3. 奈米光觸媒是什麼?-Ⅰ 下一頁 3 • 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

  4. 奈米光觸媒是什麼?-Ⅱ 下一頁 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。

  5. 奈米光觸媒的反應機制 下一頁 5 • 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。

  6. 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 自我潔淨 TiO2 光觸媒的應用 除汙 水質淨化 抗菌防霉 防鏽 綠色製程 防霧 下一頁 6

  7. 奈米光觸媒淨化環境的原理 7 淨化環境原理（化學反應） 自潔原理（物理反應）

  8. 奈米光觸媒淨化環境的原理 下一頁 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

  9. 光觸媒淨化環境原理Ⅰ 水氣分子 TiO2 O2-, ˙OH (活性物質) O O O H H 按滑鼠一下 開始動畫 氧分子 下一頁 9 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-）。

  10. 光觸媒淨化環境原理Ⅱ 二氧化碳 氧化分解 髒汙 TiO2 C O O2-, ˙OH (活性物質) H H 按滑鼠一下 開始動畫 水 • 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。 O O 下一頁 10

  11. 奈米光觸媒淨化環境的原理 11 淨化環境原理（化學反應） 自潔原理（物理反應）

  12. 光觸媒自潔原理Ⅰ 0分鐘 15分鐘 30分鐘 60分鐘 按滑鼠一下 開始動畫 超親水性 小於10 °以下 甚至接近0 ° 二氧化鈦(TiO2）光觸媒塗料 下一頁 12 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。

  13. 光觸媒自潔原理Ⅱ 二氧化碳 TiO2 按左鍵 開始動畫 髒 汙 C O H H 牆面、窗戶、鏡面等 水 光觸媒塗料 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分解成水與二氧化碳 • 因此下雨時，髒汙能很容易隨雨水沖走，達成自潔的能力。 O O 下一頁 13

  14. 奈米光觸媒材料的進步 下一頁 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。

  15. 奈米光觸媒的應用一：抗菌磁磚 下一頁 15 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

  16. 奈米光觸媒的應用二：空氣淨化 資料來源：科學發展 2006年12月 No.408 p.27 下一頁 16 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。

  17. 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 磁磚或玻璃 奈米塗料： 超疏水特性 (蓮葉效應) 奈米光觸媒： 超親水特性 下一頁 17

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