TWI307327B - - Google Patents

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1307327 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 金屬創：2 _理，利用粒徑1 _m以下之碳、金屬、 充料，並將上述用之塑料增強劑和填 為螺旋槳片之i適讀㈣共混，以生成奈米塑料，作 準片。 λ，俾以製作直昇機用奈米防震、強化塑料螺旋 【先前技術】 生震的螺旋槳片全速轉動時’其槳片與空氣相撞擊_ 竿片内的空氣和舢;傳人空氣的震波即產生空中澡音，而 巫待加以轉贿人频，糾鶴和噪音， 【發明内容】 混合研ί米物理理論時發現，凡奈米材料與塑料之 佑撼if ^寸材料所呈龍於魏材料的躲，目前尚缺乏理办 本ί“ί解釋外’研發工作正陷於摸索中求前進的情況，所ΐ 本案發明人已成功建構出奈_理理論，據 ^ 科學諸問韻，台紅.坦心〜“,一 :·像此印此解決有關奈米 於直昇力ΐ震和增強麟強度之功能，遂將此原理利用 、直，機用奈标震、強化塑料螺旋槳片上，魏明如下： 更多新用、全六职木I 退的困境；可發掘奈米材料 ^ °如果乾式研磨的技術瓶頸獲得突破，^ = 升’嘛低獅高成綱能 ί新，途；克服當别乾式研磨法製造奈米粉體所遭遇之技術瓶 r . 係建立在上述乾式研磨法製_粉“ 利“直昇機用奈米防震、強化塑料螺旋槳片 1307327 讀f奈米粉體之新用途的基礎上。 =’會出現缺少共價電子的表面ί, 露於外界 此％亟需向外界捕捉電 处於極不文定狀態， 還原力’所以以下m奸面體具有極強烈的化學 球，因受曰照而使地面2執。環顧人類居住的地 電結果，水汽獲得2電汽f ; 周遭帶負電的大氣奪取電子而趨於成’就立即向其 都帶有表面吸荖雷 ；女疋所以奈米體的表面通常 實奈4:;ί=Π;Γ感測器 料具結晶結。設若材 最高能位_高的能隙⑶中，如第-。a4t在比價帶⑵ ，然^體的表面吸著電子可視同N 體）’但兩者有著明顯的區別，其^的:子(她 n型半導體不帶電，其次是太来豆虽的負電，而 謂料内部。由於奈米表面吸著電 2第θ 從，吸_並提升其能位。 ，電子的能位就進人傳導帶⑴;如第二圖表示 她°值時，即可脫離奈米材料表面成為游： 私:並㈣原位成絲面自由基，紐表面自由基又向盆周遭 能Γ根據本案發明人研究顯示，奈二表面 及者電子有下列多種方式吸收能並發生能位變化： (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； 1307327 (4) 吸收電磁波生熱作用； (5) 傳導熱和幅射熱引起導電或游離作用； (6) 電場牵引起導電或游離作用； ⑺吸收震波(超音雜力波）狀導電或_作用； (8) 吸收稀釋波(超音速拉力波)引起導電或游離作用· (9) 受#j變磁場感應引起導電或游離作用； ’ (10) 受互為垂直的靜態電場和磁場之感應引起導電 (11M?雜波(音鮮j超音波)狀導電或_ .， (12)摩故引起導電或游離作用。 ’ 奈土材料之所以具有諸多奇異特性，均因帶負 電子會谷胃吸收上述各種不關態能並起能位變遷 起。這些奇異特性包括:⑴光⑵化學觸 表面現⑷雙疏表面現象;⑸分散作用;⑹高折光 反射遮光作用隨材料粒徑變小 移，，，，呵電¥率;⑴)高熱導率;⑽高比熱; 性;(⑷乾式研磨起黏聚現象;(15)低炫點(⑹ 加 壓上升幻8)對電磁波吸收性;(⑼吸音性;⑽毛細S 米粉體和瓣等舰鱗橋侧併麵度增加、導電^^1)；： 于特ί·生，⑽巨磁電阻現象;(25)生物晶片的卫作原 的殺菌個;(27)性質奇異的奈㈣f⑽奈金2 j 現負溫度係數;(3。)=以 月b，(31)大鈿(奈未）放電現象；（32)強力摩 制!作用;㈤吸震作聊奈米線具強鳩 波官，(37)低溫超導電贱。此外，尚有許乡 ^ ^諸如爾子元件、_、t = 艮品、化妝品、古傳療法以及自然界現象等不勝枚舉。’、 和編ΐίίίίΞΐίίί材料37項特性中編號第（34)號吸震作用 和編说弟（21)就共混起架橋強化作_原理為依據。 1307327 ^奈米材料單位表面積上有Ns個配位不足 -疋鍵均可敝到個—個吸著電 ^ ’並假設每 之體密度(單位體積之數目）Nd $ I切枓之吸著電子

Nd r (1) 式中r為奈米球之半徑。（丨）式表示表面吸 奈米材料之尺寸献比例，特料馳愈小 ，密度恒與 度愈大。 向及者電子體密 已知在溫度T之熱平衡情形下，持能量E 機率«稱為Fenni-Dirac分佈函數)為 衣面吸著電子的 因為（E-#)»kT;式中k為Boltzman常數， 量介於E與E+dE間之單位體積狀態數沿（E)dE為‘’、、予能。又能 1 Γ 0 1 3/2 ®(E)dE= [ ~ψ~]{Ε-Ε^2άΕ (3) 式中me為電子之有效質量，h=h/2?r，hg 導帶單位體積之電子數Ne為 ank *數。傳

Nc = J" Eg 労（E)/(E) dE = 2(27cmekT/h2)3/2e-(Eg-_r

Nc= n〇e

‘-(Eg-p/kT n〇 = 2(27imekTh_2) -2、3/2 ⑷(5) 今假设進入傳導帶的電子全部來自表面吸著電八 、 總表面吸著電子密度；Μ和：^分別代表已進代表 有基態能位之表面吸著電子密度。由於基態能位Ρ 和處於原 1307327 NS - Nd/(Eg-Ed^) _______Nc l+e(Eg-Ed^)/kx

Nr K，d-N卜 (6) 因為e("鄭Ed)/kT >> 1，所以（6)式可簡化為 XTc Nd ⑺ (8) (9)

Nd = — -(Eg-Ed^)/k'l' ~ /主意< =Nc關係，於是合併(4)和⑺二式得 e-(E_/kT 三

將(8)式代入(4)式，即得表面傳導電子密度為 Nc ^ (n〇Nd),/2e'Ed/kT 臟’…垂直於崎位 (10)

Vxn(1>, r )dl>xd^ydi>2 = n($5 dsdt>ydt>2 1307327 式中ε為動能，n(p，r)為單位相空間電子數’可用Fermi_Dirac 分布函數/表示為 (11) 斌你冬/ h3 於是表面發射電流密度為 j 4eVxn(r, jl JE^di>ydi>2d8 ^1- n g(8-Ef)/kT (12) 式中e為電子之荷電量，Efs金屬之Fermi能。利用（ε - Ef) > >kT條件，簡化後積分之，得 j = ATV婦 (13) A - 4 7rmekh = 12〇 amp/cmz-deg2 (⑷ Φ = E〇 ~Ef (15) Εί=~Ϊ~(3Λ)2/3 (16) A f t^l3)〜06)諸式結果’即知溫度T愈高、奈米材料顆粒 恩小(Nc愈大）時，熱放射電流密度愈大。 表面=2電流的發生，乃表示表面吸著電子麟表面，並遺留 妝八；子比較小的單體行強鍵共價結合，成為線性長鏈 人：n、3間的側鍵較不易發生，即使有側鍵也屬弱鍵結 i用太力作用’側鍵就較容易受破壞受損。本案直昇 料顆粒表面^著電其加，動過程會生熱’致使奈米材 起，並运留表面自由基，會強力吸引線 10 1307327 2鏈’而成為長鏈間的架橋物，遂使簡結構爐化， …構變成為讓聚合物’使歸的材料贿大幅 " ，合之混合物作為吸以 震ΐ(壓力波冰在兩種物質界面行反射作用。 = 壓力即由嶋P:，質 穿入作用，此時反射震波速度為脱，穿 〇震波速度為Ik，如弟四圖所示。根據f量和動量摊關係分別 付· (17) (18) (19) (20) P 1 US1+ P 01 Usi = 0， P2 * P, 〇si (Up2 - (JPl)

Pi = P 01 Usi Upi , P2 =j〇02 Us2 Up2 , 式中P〇l、P〇2為震波未到時的質量密度，運用（17)至⑽)式，即 求得：

Up2 2 p OlUsl (21) P p oiUsi + p 02|js2 P?

2 p 02U s2

Pi ' p OlUsl +p02l]s2 (22) =用（21)和(22)式可分析震波吸收體的震波吸收能力 下列兩種情形： 1)广展波彳疋較低展波阻抗1½)的塑料進入較高震波阻抗 一 uS2)的奈米顆粒時，因一 Us2>pflil]si關係，即得:ρ2>ρι; 1307327 塑料，使之壓力^二，i鶴具有將壓力波之能送還 塑料和奈米11粒4凝=壓縮耗能的作用，惟因 不彰。 々為相’壓縮率甚小，所以_耗能效果 u) 續低震波阻 …> Up，。此因::υ: >祕關係，即得必< P。 ，能位提升甚至起游:作;:表面吸著電 提升或游離作用來有效吸收震著電子之能位 料體的體積形狀震動…並且在吸震過程中’吸震材 【實施方式】 將，^lOOOnm以下、10〜60%wt.之碳或輕質之金屬 金屬氧 =丄陶_£和礦物等奈米碰械塑料增強劑和 ，體適量與塑料(包括:合成橡膠、樹脂及上塑二 =生Ϊ奈，作為螺旋槳片材料’再利用習：之塑料加工 成型法，製成直昇機用奈米防震、強化塑料螺旋槳片 12 1307327 【圖式簡單說明】 第二圖為奈米表面吸著電子的能位圖。 圖號： ⑴—傳導帶’⑵—價帶，⑶―_能隙， 0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。 直^亂為：金屬表面傳導電子之能位圖。 圖號:Φ--E〇 --0 --①- -功函數， Ef- ~ —Fermi能位， 傳導電子從最低能㈣脫離表面所需能量 -傳導帶的最低能位為零， —傳導帶’②---真空，③~ 表面。 弟$圖_為：奈米吸震材料體 圖號： 1―-奈米吸震材料體。 金屬氧化物、陶 2―-較尚震波阻抗粒徑i〇〇〇nm以下之碳、金屬 瓷或礦物等奈米級粉粒。 3較低震波阻抗之塑料。 羞旦圍為：震波從較低震波阻抗的塑料進入較 粒時所發生的反射狀態。 高震波阻抗奈米顆 職： 1 ~塑料’ 2—奈米麟， 3—界面， 原有密度， p 02――奈米顆粒原有密度， jf1又展壓後之塑料密度，Pi—-反射前之震波壓力， 2 一一反射後之震波壓力， ㈤一-原有震波速度， 13 1307327 u卩---反射之震波速度， UP2---反射後質點速度， Upi---反射前質點速度， US2---奈米顆粒震波速度。 第五圖為: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。 圖號·· 1—奈米顆粒， 2—塑料， 3—界面， Ρ οι---奈米顆粒原有密度， p〇2---塑料原有密度， pi受震壓後之奈米顆粒密度，P!-—反射前之震波壓力， p2---反射後之震波壓力， US1---反射震波速度， Upi---反射前質點速度， Usi---原有震波速度， US2---塑料内震波速度， UP2---反射後質點速度。 【主要元件符號說明】 14

Claims (1)

1307327 _、申請專利範圍： :種直昇機用奈米防震、強化塑料螺旋槳片生成法，係依 據奈米物賴論，凡奈米材顯㈣（包括：合成橡膠、樹脂 及熱塑性塑膠）之混合體均具有強力吸震和增強塑料強度之功 能，從而，利用粒徑1000nm以下、10〜6〇%wt.之碳或輕質金 屬、金屬氧化物、陶瓷和礦物等奈米級粉體與塑料（包括：人 及熱塑性塑膠）共混，生成奈米塑料作為螺^ ^之衣作材料，再利用習知之塑料加H絲製成直用 奈米防震、強化塑料螺旋槳片。 汁機用 15