科學玩具柑仔店(Darling の優): 研習紀錄－化學

2013年2月19日

研習紀錄－化學－淺談奈米科技

原文發表於Yahoo奇摩部落格2012年01月02日。

雖然研究所畢業好幾年了，但是和指導教授之間的牽絆並沒有隨著畢業而斷掉，在研究所求學期間，整個Group受到論文指導教授黃台珠教授多方關照，因此每一位被她帶著畢業的研究生莫不如沐春風，帶著感激的心繼續在職場上打拚。

曾應黃老師的邀約，參加在科工館辦理的奈米科技研習營隊，主要對象是曾經是或現在是研究生的老師，所以不論是碩士班或博士班的科教夥伴都可以參加。更棒的一點是黃老師讓參加的學生們可以攜家帶眷，讓小朋友可以早一點接觸到有關於最新科技的研習課程。

這本奈米推廣講義我一直留著，除了裡面的內容可以參考，封面還被我改造過

它的目的主要是將比較新穎的奈米科技概念變成終身學習的一部分

黃老師的研究生之一，任職於科工館的鄭瑞洲老師擔任這次研習的主講人

副標題是在以往奈米推廣研習中常常聽聞的「大小之間」

活動採演講與實作的方式交叉進行，所以並不是講師一直從頭講到尾，剛好是我喜歡的研習模式。過程開始前先送上一盤小菜－「一份對初學者不算簡單的半結構式開放性問卷」，裡面先問一些奈米現象的專有名詞，然後寫下這些名詞的簡述，目的是在先測出參加者的先備知識完不完整，學員也可以根據自己寫出來的解釋和上課內容相對照，因此可以在過程中聚焦在自己較不熟悉的部分。

活動一出現了刷子與吹風機，科工館的研習準備倉庫中的物品琳瑯滿目

同時方型底盤也避免待會兒用到的藥品直接塗抹在實驗桌上

先給兩盤沙子，一盤是普通的沙，另一盤則是經過處理的沙子

由於上面的疏水性塗料，所以水滴在沙子上的時候並不會「潤濕」砂粒

這個活動稱為「蓮夜效應」，歷史緣由是宋朝詩人周敦頤歌頌蓮葉的表面出淤泥而不染。1990年代，德國科學家Wilhelm Barthlott利用顯微鏡發現會有這個現象是因為也面有許多「微米級」突起的表面細胞，並覆蓋著一層「奈米級」的「疏水性蠟質」和更小的突起結構，讓水無法與葉面完全接觸而形成水珠。如同上方的照片，污泥或灰塵會隨著水珠一起滾落，形成自我潔淨的效果。將這樣的特性應用在日常生活中的不同材料上，也能達到同樣的潔淨效果，省卻不少人力清理的支出。

這張普通紙摺痕左邊是沒有經過處理的，水滴上去後會滲入纖維內部以潤濕紙張

右半邊是經過處理的紙面，水珠就像渾圓飽滿的珍珠一樣

若是將塗料塗在紙傘上，即使是紙，也能達到防水的效果

這些活動所使用的是奈米級二氧化矽的有機溶液

好多以前小朋友們留下的彩繪作品，這次換我們將它們「保養烤漆」一下

接下來的實作課程主軸是「奈米磁顆粒」藥品的配製，這在各種大型科學園遊會或展覽中都出現過，裡面的溶液都要經過調製，所以先前的準備工作都由科工館的工作夥伴處理完善。

學員們只要將不同濃度的氯化鐵及氯化亞鐵的鹽酸溶液分裝好，倒在同一個容器中搖晃，使藥品混合均勻，最後倒入氨水，在接下來的化學反應中所出現的就是奈米磁顆粒（四氧化三鐵）。

使用強力磁鐵在一旁吸引，具有鐵磁性的四氧化三鐵通通被吸往同一邊堆積

所以可以看到左半邊有奈米磁顆粒的堆積，但右半邊則是澄清的溶液

除了化學反應以外，物理性質也會隨著尺寸等級和形狀而不同，最容易觀察到的就是顏色的改變。顏色的呈現是因為物質對於可見光與微波的反射與吸收，不同的尺寸反射不同的波長範圍，所看到的顏色就不一樣。

奈米金的實驗藥品混合搖晃後，靜置一段時間，可以看出明顯的顏色變化

一旦顏色不再變化了，表示裡面的粒子大小已經定型了

黃金在50nm是綠色，40nm是藍色，15nm是紅色，而3nm是棕色

溶液中分子的濃度也會影響到顏色的呈現

尺寸小使得總表面積增加，反應活性也會跟著增加，容易產生化學反應

而且不同位置的粒子也有不同的活性，表面粒子的活性較內部大

罐裝中有各種不同尺寸的奈米金溶液，對照的是前方一般常見的金箔色澤

最後一項活動則是重機登場，推出的是高中以下的學校都看不到的原子力顯微鏡，讓大家大開眼界。一般的顯微鏡都可以自己調整，可是越精密的顯微鏡越不行，像這部的探針尖端上只擺上一個原子，所有的動作得由電腦控制針尖與物體表面的間距及移動中的起伏動作。拿取和安裝探針尤為謹慎，一個不小心探針就壞了，錢就飛了，誰知道原子還在不在？

利用奈米探針在物體表面掃描，把表面粒子分布透過電腦處理而呈現出來

可以看到肉眼觀察不到的細微結構，不過造價不斐（這台只是展示用的模擬機）

經過這一場研習，讓我重新審視自己關於奈米的概念結構是否如原先意想中的穩固，但是卻發現原來要學的還有很多，不儘快跟上的話，是沒有辦法認識這個世界的，即使它只是細微到我們會忽略它的地步。期許自己每次研習都能獲得東西，而且每經過一次相同類型的研習得到不同於以往的想法，就像是硬核上的層層覆蓋越來越厚，珍珠才能越養越大。