TWI307381B

TWI307381B -

Info

Publication number: TWI307381B
Application number: TW94105156A
Authority: TW
Inventors: Kun-Shu Zhang
Original assignee: Zhang Yong Qing
Priority date: 2005-02-22
Filing date: 2005-02-22
Publication date: 2009-03-11
Also published as: TW200630545A

Description

1307381 九、發明說明：【發明所屬之技術領域】，據自創之奈米科學原理，利用粒徑1000nm以下之碳、金屬、金屬氧化物、陶瓷或礦物等奈米粉體取代習用之塑料增強劑或填充料’並將上述奈米粉體適量與塑料共混，以生成奈米塑料，並利用塑料加工成型法製成電風顧奈米防震、強化扇輪塑料葉片。【先前技術】

當風扇輪全速轉動時，其葉片與空氣相撞擊，並發別傳入空氣和葉片;傳人空氣的震波即產生空中較弱噪音，進人紐’終至麵式固定處，造成扇座與擊較㈣音，其巾震麟触賴(例如電腦 lpu)之衫響頗大，亟需加以改進的情形。【發明内容】研奈米物理理論時發現，凡奈米材料與塑料之震和增強祕強度之功能，遂將此原理利用於電巧用奈米防震、強化扇輪塑料葉壯，兹說明如下·· 不米尺寸材料所呈現迥於常規材料的特性，目前尚缺無法解釋外’研發功正陷於财巾況^ 作在摸索中前進_境;可發掘《材料頸。如克’則乾式研磨法製造奈米粉體所遭遇· :女=式技術瓶頸獲得突破，則不僅奈米粉體的功能象他4 開之別知其然柯知其所以然的麵奈米現所遭遇之技術瓶之可行性 5 $07381 • 粉體之技術革新以及發現可大轉^:縮:面原子的面積比率甚高。本關係，會出現缺少I價電生表^原子因曝露於外界球，因受日昭而：5:ί表面殘鍵為自由基。環顧人類居住的地、相摩擦生電、ί果水流上升過程中’水汽與空氣響周遭帶負電的大義奎㈣工二滅—不水私體形成，就立即向其都帶有表面吸ί電於巧’、所以奈米體的表面通常實奈米表Φ吸著電子的存/、^^制时近奈米體即可證所以表面的存在。由於表面殘鍵多屬強力的共價鍵，，料具結晶結構^米1而是處於束缚狀態。設若材 •最高能位〇稍高“ί3)中，如價帶⑵

體）電n型半導體中的電子(施癱型米吸著電子存在於材料表面，而N 及者電子的能位就進入傳導帶.第一 g a)^表面 -的能位超過㈣功函數Φ值材=面吸著電子狀態，並遺㈣位成為表面自由基，然後表面、*、面成為游離取電子並釋放能量。根據本案發I人研究遭及者電子有下列多種方式吸收能並發生能位變化r $未表面 6 1307381 (1) 光子撞擊引起導電或游離作用； (2) 低頻光反射及高頻光透射作用·’ (3) 粒子撞擊引起導電或游離作用: (4) 吸收電磁波生熱作用； ⑸傳導熱和幅射糾起導電或游離作用； (6)電场牵引起導電或游離作用；超音壓力波)引起導電或游離作用；做(超音速拉力糾1起導電或雜作用； ⑻气劇_職剌鱗f ; ίίίΐΐίΐ垂直的靜態電場和磁場之感應引起導電增強作用. no、L弓單性波(音波和超音波）引起導電或游離作用；， (12)摩擦引起導電或游離作用。，雷早有諸多奇異特性’均因帶負電的表面吸著起。这二各種不關態能並起能位變遷或游離化所引表面現象;⑸分散作用;⑹高折先苹反气遮*作用隨材!^徑變小而起藍性率；⑴）南熱導率;(⑵高比熱；(⑶防火米於ΪίΙΪίΓ 性;〇9)吸音性;⑽毛細管現象;(21)奈，如體膠等共混起架橋作用併使強度增加、導電率上升、阻 ===(22)非磁性材料出現強磁性;(23)奈米磁性體的迴異磁予特，；（24)巨磁電阻現象;(25)生物晶片的工作原理;(26)活性炭 =菌作用;(27)性質奇異的奈米碳管；（28)奈米金屬粉體呈黑 ^;(29)奈米金屬粉體的電阻呈現負溫度係數；（3〇)絨毛保溫功 =;(31)尖端(奈米）放電現象；（32)強力的摩擦去污殺菌作用;(33) 用;(34)吸震作用;㈤奈米線具強力網捕功能;⑽奈米導波官;(37)低溫超導電現象。此外’尚有許多借助奈米現象的應用 7 1307381 例’諸如：微電子元件、微機雷、台匕和第Υ21)_ΐ:ίΐ料37項特性中編號第（34)號吸震作用和橋強化作用的原理為依據。 -縣表面積上有Ns個配位不足的懸鍵’並假設每，則球狀奈_之吸著電子

Nd 3N, r (1) 材料之彳Γ=)式表7^表面吸著電子體密度恆與奈米大’。尺寸成反關，即材料顆崎小，表面吸著t子體密度愈率度Τ ί熱平衡情形下，量E之表面吸著電子的機羊/(稱為Fermi-Dirac分佈函數)為 /(E) 1

g-(E^)/kT ⑵ e(E-H)/kT+1 因為(E //)>>kT;式中k為Boitzman常數，#為Fermi能。又月b篁介於E與E+dE間之單位體積狀態數切⑻dE為 1 r λ -, 3/2 (3) 鄉)dE= 1?[争 W、道性ί中me為電子之有效質量，h= h^，h為Plank常數。傳導帶單位體積之電子數队為 1寻 |00 N〇- JEg ^(Ε)/(Ε)άΕ = 2(2πιηθ^2)3/26-(Ε8·^τ 8 1307381

Nc = n〇e -(Ε-μ)^Τ n〇 = 2(27tmekTh-2)3/2 (4) (5) 今假設進入傳導帶的電子全部來自表面吸著電子。令^ 總表面吸著電子密度；N〗和N〗分別代表已進入傳導帶和^代表有基態能位之表面吸著電子密度。由於基態能位Ea=Eg_Ed=原

Nd _n ^ _ 丄、d Nd = Nd/(^Eg-Ed-p) = —1+e(Eg-Ed^)/kf

Nd

Nd = Nd - Nd°= i+e_(Eg-E_/kT (6) 因為eu_Eg+Ed)/kT >> l ’所以（6)式可簡化為 V Nd

Nd

g-(Eg-Ed-p)/kT ⑺ (8) (9)

注意N〗=Nc關係’於是合併(4)和⑺二式得 e_(E^)/kT = (Nd/n〇)1/2e-Ed/2kT

將(8)式代入(4)式，即得表面傳導電子密度為 Nc = (n〇Nd)1/2e'Ed/kT (9)式綱：奈米尺寸醜緣體不僅具有枓顆粒愈小(Nd愈大)和溫度(τ)較、，而且材導體。 “(η°較大)時，即可變成金屬 9 1307381 面户f需發。已知表面_子逃離表示。今考慮動量介於内第二，面積之電子發射率為朝Z方向（垂直於表面）單位 (10) r )dl>xdl>ydi>z =： n(I>, r) d8dl>ydi>z n〇, r)= h3 (11) 於是表面發射電流密度為 j =ieVxn(?, ?)(!?= %-ί-οο i-〇〇 iE^dM^zds--!- 11 e(e-Ef)/kT (12) 式中e為電子之荷電量’ Ef為金屬之Fermi能。利用（ε — Ef)> > kT條件，簡化後積分之，得卜 ATV· (13) A =47rmekT2h·3 =120amp/cm2-deg2 (14) Φ = E〇- Ef (15)

Ef = ~^(37r2Nc)2/3 (16) 10 1307381 综觀(13)〜（16)諸式結果’即知溫度τ愈高、奈米材料愈小(Nc愈大）時，熱放射電流密度愈大。 ’ 熱放射餘的發生，騎示絲絲奸麟㈣，並表面自由基。心田塑料是由分子味小的單體行強鍵共價結合，成為線性惟鍵較不易發生’即使有侧鍵也屬弱鍵結 :所以-旦丈熱力作用，側鍵就較容易受破壞受損。 =奈米防震、強化扇輪歸葉片的紐雖是歸，惟_ 不米顆粒㈣，此共混物在其加工流動難會生熱，致使 =粒表面吸著電子起游離，並遺留表面自由基，會強力^^ ^鏈’而成為長鏈間的架橋物，遂使塑料結構起變化，由長鍵 …構變成為網狀聚合物，使塑料的材料強度大幅提升。田案也糊上述奈料料37項雜中編號第⑼)吸震作嫌，震波阻抗的奈米粉體⑵與較低震波阻^的= (3)相結合之混合物作為吸震材料體⑴，如三圖所示。一進^吸震材料，則震波(壓力波)就在兩種物質界面行反射^用。 J震波在原物質的震波速度Usi、f點速度& 二m二反射穿人作用，此時反射震波速度為1^1，穿得震波速度為ik，如弟四圖所^根據質量和動量守恒關係分別 P 1 U S1 + Ρ οι Usi = 0 , (17) P2 - P, =β' Us. (Up2 - Upi), (18) Pi =ρ οι Usi Upi , (19) p2 =ρ 02 Us2 Up2， (20) 式中心、一為震波未到時的質量密度，運用（17)至⑽式，即求得： 11 1307381

Up2 2poiUsi Upl = —---- polUsi + p02Us2 (21) p2 2p〇2Us2 Pi = poiUsi + p02Us2 (22) 利用（21)和(22)式可分析震波吸收體的震波吸收能力。考慮下列兩種情形：

1)當震波從祕震波阻抗（ρ()1 Usi)的塑料進人較高震波阻抗 (p〇2 Ik)的奈米顆粒時，因p〇2 Us2>p〇i Usi關係，即得上> Pi，、Ik <> Ik。此結果表示反射波為如第四圖所示之震波(壓力波)。就能量觀點而言，奈米材料顆粒具有將壓力波之能送還塑，’使之壓力增大，目此具有增加壓祕能的作用，惟因塑料和奈米爾4均為凝態，壓縮率甚小，所以壓縮耗能效果不包。 11 =雜較冑震她抗（pc)l Usi)的奈米齡進人較低震波阻抗（~US2)的塑料時，因^ Usi>一Us2關係，即得:Ρ2 <Ρι;

。此結果表示反射波為如第五圖所示之稀釋波(拉力奈米顆粒表面發生拉力_，首當其衝的奈米表面子就會被逼拉離表面，並在拉引過程中，表面吸著電 =P因能位提升甚至起游離作用而大量吸收能。震“電風扇用奈米防震、強化扇輪塑料葉片，，之吸傳統吸震體’係利用奈米材料表面吸著電子之能位料體^籍狗用來有效吸收震動能，並^在吸震過程中，吸震材 Ύ瑕的體積形狀保持不變。 12 Ϊ307381 【實施方式】將粒控lOOOnm以下、l〇%wt.以上之碳、金屬、金屬氧化物、，究或礦物等奈米粉體取代塑料之增強劑和填充料，並將上述奈米粉體適量與塑料（包括：合成橡膠、樹脂及熱塑性塑膠）共混以生成奈米塑料’然後利用塑料加工成型法製成各型電風扇用奈米防震、強化扇輪塑料葉片。【圖式簡單說明】龙二_亂為奈米表面吸著電子的能位圖。職： (1)---傳導帶，（2)-一價帶，（3)——能隙， 0一一價帶最高能位為零，

Ea表面吸著電子的基態能位，

Eg傳導帶的最低能位， E 傳導帶的最高能位，Ed=Eg~Ea。為：金屬表面傳導電子之能位圖。

①---傳導帶，②--真空， ③~ -表面。名二圖為:奈米吸震材料體。圖號： 1---奈米吸震材料體。以下之碳、金屬、金屬氧化物、陶 2 ―-較高震波阻抗粒徑1000nm 堯或礦物等奈米級粉粒。 3---較低震波阻抗之塑料。 1307381 紐峨_舰續綠!纽抗奈米顆趣： 1 塑料， 2—奈米顆粒， 3——界面， Ρ<η塑料原有密度， Ρ'---受震壓後之塑料密度， Ρζ—~反射後之震波壓力， ^si---反射之震波速度，

Up2一-反射後質點速度， |〇02奈米顆粒原有密度， Pi---反射前之震波壓力，

Usi---原有震波速度’

Upi---反射前質點速度， US2-一奈米顆粒震波速度。

JI互凰為：震波從較較高震波阻抗的奈米顆粒進入低震波阻抗的塑料時所發生的反射狀態。職： 1—-奈米顆粒， 2塑料， 3---界面， P or ---奈米顆粒原有密度， P〇2-―塑料原有密度， P 1- —受震壓後之奈米顆粒密度， Pi一-反射前之震波壓力 P2— -反射後之震波壓力， Usi一-原有震波速度， U；, 反射震波速度， US2---塑料内震波速度， Upi— —反射前質點速度， UP2---反射後質點速度。【主要元件符號說明】 14

Claims

1307381 、申請專利範圍：撼顧奈米防震、強化扇輪塑料葉片生成法，係依論’凡奈米材料與塑料（包括：合成橡膠、樹脂膠）之混合體均具有強力吸震和增麵料強度之功 :氫1此侍利用粒徑1000nm以下、10%wt•以上之碳、金屬、金樹或礦物等奈米級粉體與塑料（包括：合成橡膠、型二i造ΐΞϊ)共混’生成奈米塑料，並利用塑料加工成各型電風扇用奈米防震、強化扇輪塑料葉片。

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