nanotechnology - mwitt2040116/document/nanotechnology [compatibility mode].pdf · nanotechnology...

Nanotechnology

อ.สรหทย ศรขวญใจ

ครวชาการสาขาเคม โรงเรยนมหดลวทยานสรณ องคการมหาชน

ผลการเรยนรทคาดหวง

1. อธบายความหมายของนาโนเทคโนโลยได

2. มความเขาใจโครงสรางพนฐานของสสาร และ วสดนาโนฐ

3. สามารถบอกคณสมบตเชงแสง คณสมบตเชงกล คณสมบตทางไฟฟา

และคณสมบตความเปนแมเหลกของวสดนาโนได

4. อธบายวธการตรวจสอบหาโครงสรางของวสดนาโน

โดยใชเทคนคจลทรรศนอเลกตรอนแบบตางๆได

5 อธบายโครงสรางและคณสมบตของนาโนคารบอนชนดตางๆได5. อธบายโครงสรางและคณสมบตของนาโนคารบอนชนดตางๆได

6. สามารถบอกวธการสงเคราะหวสดนาโนได

7. ยกตวอยางการประยกตใชนาโนคารบอนได

8. อธบายการเกด และ โครงสรางของวตถนาโนชวภาพได

9. บอกความสมพนธระหวางนาโนเทคโนโลยและชววทยาของสงมชวตได

210. ยกตวอยางประโยชนของนาโนเทคโนโลยในดานตางๆได

แผนการประเมนผลการเรยนรและการมอบหมายงาน

การสอนรายวชา ว40223 นาโนเทคโนโลย ประจาภาคเรยนท 2 ปการศกษา 2551 การสอนรายวชา ว40223 นาโนเทคโนโลย ประจาภาคเรยนท 2 ปการศกษา 2551

มแผนการเรยนรดงน

4.1 ประเมนจากงาน หรอ แบบฝกหด 4.1 ประเมนจากงาน หรอ แบบฝกหด

4.1.1 กอนสอบกลางภาค 10 คะแนน

4.1.2 หลงสอบกลางภาค 10 คะแนน

4.2 ประเมนจากการสอบยอย

4.2.1 กอนสอบกลางภาค 5 คะแนน

4.2.2 หลงสอบกลางภาค 5 คะแนน

4.3 ประเมนจากคณลกษณะของนกเรยน (จตพสย) 10 คะแนน

4 4 ประเมนจากการสอบกลางภาค 20 คะแนน4.4 ประเมนจากการสอบกลางภาค 20 คะแนน

4.5 ประเมนจากการสอบปลายภาค 20 คะแนน

4.6 ประเมนจากการนาเสนอผลงานคนควา 20 คะแนน

3รวม 100 คะแนน

บทท 1

ทมาและความหมายของนาโนเทคโนโลย

4

นาโนเทคโนโลย (Nanotechnology) คอเทคโนโลยทเกยวของกบ

กระบวนการจดการ การสรางหรอการวเคราะห วสด อปกรณ

เครองจกรหรอผลตภณฑทมขนาดเลกมาก ๆ

ในระดบ นาโนเมตร (ประมาณ 1-100 นาโนเมตร)

รวมถงการออกแบบหรอการประดษฐเครองมอฐ

เพอใชสรางหรอวเคราะหวสดในระดบทเลกมากๆ

เชน การจดอะตอมและโมเลกลในตาแหนงทตองการเชน การจดอะตอมและโมเลกลในตาแหนงทตองการ

ไดอยางถกตองแมนยา

ใ โ ป สงผลใหโครงสรางของวสดหรออปกรณมคณสมบตพเศษขน

ไมวาทางดานฟสกส เคม หรอชวภาพ

5และสามารถนาไปใชใหเกดประโยชนได

ทาไมนาโนเทคโนโลยถงมความสาคญ?ทาไมนาโนเทคโนโลยถงมความสาคญ?

6

ทาไมนาโนเทคโนโลยถงมความสาคญ?เมอวสดมขนาดเลก

จานวนอะตอม และ พนทผว มากขนจานวนอะตอม และ พนทผว มากขน

สมบตทางไฟฟา ทางกายภาพ ทางแมเหลก ทางแสงสมบตทางไฟฟา ทางกายภาพ ทางแมเหลก ทางแสง

เปลยนแปลงไป

เชน ทองคาปกตจะเฉอยตอปฏกรยา เชน ทองคาปกตจะเฉอยตอปฏกรยา

แตถามขนาดนาโนแลว จะเปนตวเรงปฏกรยา

7

Nanoscale

8

ประวตของนาโนเทคโนโลย

ค.ศ. 1905, อลเบรต ไอสไตน (Albert Einstein)

คนพบ โมเลกลนาตาลมขนาดประมาณ 1 nm

และเสนอทฤษฎการเคลอนทแบบบราวเนยน ของอนภาคคอลลอยด

9

Richard Feynman เปนคนแรกทแสดงความเหนถงความเปนไปได Richard Feynman เปนคนแรกทแสดงความเหนถงความเปนไปได

และแนวโนมของนาโนเทคโนโลย ในการบรรยาย

“There’s plenty of room at the bottom”

เมอป ค ศ 1959 (พ ศ 2502) เมอป ค.ศ. 1959 (พ.ศ. 2502)

โดยการแสดงความเหนถงความเปนไปได

บดาแหงนาโนเทคโนโลย

ทจะจดเรยงอะตอมทละอะตอม

ศาสตราจารยรชารด ฟายนแมน

10

ศาสตราจารยรชารด ฟายนแมน

ไดรบรางวลโนเบลสาขาฟสกสในป ค.ศ. 1965

ค.ศ. 1981, Gerd Bining และ Heinrich Rohrer

สรางกลอง Scanning Tunneling Microscope

H i i h R h l ft d G d K Bi i i ht i ti tHeinrich Rohrer, left, and Gerd K. Binnig, right, scientists at IBM's Zurich Research Laboratory in Switzerland, are awarded the 1986 Nobel Prizeare awarded the 1986 Nobel Prize in physics for their work in scanning tunneling microscopy.

The researchers are recognized for developing the powerful microscopy technique, which allows scientists to view

11

which allows scientists to view individual atoms on the surface of a sample.

The photo is kindly submitted for a museum by Dr. G. Binnig

ค.ศ. 1985, โรเบรต เครล, รชารด สมอลล และ ฮารโรลด โครโต

คนพบ โครงสรางของคารบอนแบบใหม คอ ฟลเลอรนคนพบ โครงสรางของคารบอนแบบใหม คอ ฟลเลอรน

R b t F C l J Si H ld W K t Ri h d E S llRobert F. Curl Jr.1/3 of the prizeUSAB 1933

Sir Harold W. Kroto1/3 of the prizeUnited KingdomB 1939

Richard E. Smalley1/3 of the prizeB 1943D 2005

12

ค.ศ. 1989, Don Eigler ไ นกฟสกสของศนยวจยไอบเอม (IBM)

ประสบความสาเรจในการจดเรยงอะตอมของธาตซนอน (xenon)

ไ ทละอะตอมเปนตวอกษร IBM ไดอยางแมนยา

ซงเปนการจดเรยงอะตอมในระดบนาโนเมตรโดยใชเครอง STM

(scanning tunneling microscope)

13

ค.ศ. 1991, ซมโอะ ลจมา (Sumio lijima) ค.ศ. 1991, ซมโอะ ลจมา (Sumio lijima)

นกวจยของบรษทเอนอซ (NEC) ประเทศญปน

ไดคนพบโครงรางแบบใหมของคารบอนทเปนลกษณะทอเลกทมขนาดในระดบนาโนเมตร

หรอทเรยกกนทวไปวา ทอนาโนคารบอน (carbon nanotube)

ทเกดขนมาจากแผนกราไฟต และหลงจากนนอกสองป

โ ลจมากทางานรวมกนกบโดนล เบททน (Donald Bethune)

ของบรษทไอบเอม (IBM) ประเทศสหรฐอเมรกา

ไดทาการสารวจพบวาโครงสรางทอนาโนคารบอนผนงเดยวนนไดทาการสารวจพบวาโครงสรางทอนาโนคารบอนผนงเดยวนน

เปนโครงสรางมขนาดของเสนผานศนยกลางเพยง 1-2 นาโนเมตรเทานน

14

ค ศ 2000 รฐบาลของประธานาธบด บลคลนตน ค.ศ. 2000, รฐบาลของประธานาธบด บลคลนตน

ไดผลกดนใหเกดโครงการรเรมทางนาโนเทคโนโลยแหงชาต

(National Nanotechnology Initiative) ของสหรฐอเมรกา

ค.ศ. 2003, กอตง ศนยนาโนเทคโนโลยแหงชาต (นาโนเทค)

เปนองคกรในกากบของรฐ เปนองคกรในกากบของรฐ

ภายใตสานกงานพฒนาวทยาศาสตรและเทคโนโลยแหงชาต (สวทช.)

กระทรวงวทยาศาสตและเทคโนโลยกระทรวงวทยาศาสตและเทคโนโลย

15

คค..ศศ. . 20042004, , เพอเปนการเทดพระเกยรตพระบาทสมเดจพระเจาอยหวเพอเปนการเทดพระเกยรตพระบาทสมเดจพระเจาอยหว

ใ ป ป ใ ในงานสปดาหวนวทยาศาสตรเมอป 2547 ในหวขอเรอง

“การเขยนพระปรมาภไธย (ภ.ป.ร.) ดวยโมเลกลของกาซ

( ) โCarbon Monoxide (CO) ลงบนผวของโลหะทองแดง”

รวมกบ ดร.ดอน ไอเกลอร (Dr.Don Eigler)

ไ ( ป ป ไ )16

จากศนยวจยไอบเอม (ซงเปนคนแรกทจดเรยงอะตอมเปนอกษรคาวา “ไอบเอม”)

นาโนเทคโนโลยทอยในธรรมชาต

ไมวาจะเปนการสราง DNA การแลกเปลยนแรธาตระหวางเซลล ไมวาจะเปนการสราง DNA การแลกเปลยนแรธาตระหวางเซลล

การซอมแซมตวเองของอวยวะเมอเกดบาดแผล

หรอเปนโครงสรางทมความสลบซบซอนในพชและสตว ยกตวอยาง เชน หรอเปนโครงสรางทมความสลบซบซอนในพชและสตว ยกตวอยาง เชน

ขนแขงขนาดเลกทเรยกวา ซเต (Setae) ขนแขงขนาดเลกทเรยกวา ซเต (Setae)

จานวนนบลานเสนเรยงขนาดอดแนนอย

โดยทสวนปลายของขนซเตแตละเสนนนกยงมเสนของปลายแบนโดยทสวนปลายของขนซเตแตละเสนนนกยงมเสนของปลายแบน

ทมขนาดเลกกวา เรยกวา สปาตเล (Spatulae) ประกอบอยอกหลายรอยเสน

โดยท สปาตเล แตละเสนจะมเสนผาศนยกลางเลกประมาณ 200 นาโนเมตร

17

โดยท สปาตเล แตละเสนจะมเสนผาศนยกลางเลกประมาณ 200 นาโนเมตร

ชวยในการยดตดกบโมเลกลของสวนประกอบของผนงหรอเพดาน

การบานใหนกเรยนลองคดดวา

มนาโนเทคโนโลยทอยในธรรมชาตมอะไรบาง?...................

18

สาขายอยของนาโนเทคโนโลย

• Nanoelectronics• Bionanotechnology: Nano-motor• Nanosensor• Nanomedicine

N t b• Nanotube

19

Nanoelectronicsคอสาขาหนงของวชาอเลกทรอนกสทมขอบเขตความรในระดบนาโน

ถกพฒนาขนเนองจากการสรางวงจรโดยใชแนวทางอเลกทรอนกสเดม

กาลงถงทางตน ดวยเหตผลทวา กาลงถงทางตน ดวยเหตผลทวา

แนวทางเดมไมสามารถจะสรางวงจรอเลกทรอนกสทเลกในระดบนาโนได

1965, กอรดอน มวร ผกอตง

อนเทล คอรปอเรชน

สรางกฎ 2 ขอสรางกฎ 2 ขอ

1. ขนาดของชปทใชในการบรรจ

ทรานซสเตอรจะเลกลงครงหนงใน

ทกๆ 18 เดอน

2. มลคาในการสรางโรงงานผลตชป

20

(fabrication line) จะเพมขนในทกๆ

36 เดอน

Bionanotechnology: Nano-motor

นาโนมอเตอร คอ อปกรณ ทสามารถแปลงพลงงาน

ไป ป ไ ไปเปนการเคลอนไหวและแรง เชน muscle fibers, flagella and cilia

เปนการผสมผสานมอเตอรจากโปรตน ทมขนาดระดบโมเลกล เปนการผสมผสานมอเตอรจากโปรตน ทมขนาดระดบโมเลกล

ซงพบในเซลลสงมชวต เขากบมอเตอรระดบโมเลกล ทฝงอยในอปกรณจาลอง

โปรตนทใชทามอเตอรดงกลาว จะสามารถขบเคลอน โปรตนทใชทามอเตอรดงกลาว จะสามารถขบเคลอน

"สงของ" ภายในอปกรณดงกลาว ทานองเดยวกบไคเนซนทขบเคลอนโมเลกลตางๆ

ไปตามรอยของไมโครทวบลภายในเซลลนนเอง ไปตามรอยของไมโครทวบลภายในเซลลนนเอง

21

Nanosensor

เปนอปกรณทใชตรวจวดทงทางดานชววทยา เคม สวนใหญใชทางดานการแพทย

ใ ป ไฟฟ ซงสามารถใชวดปรมาตร ความเขมขน กระแสไฟฟา อณหภม ความดน

ของเซลลในรางกาย เปนตน ซงมนสามารถแยกไดวาอนไหนเปนเซลลด

ป หรอเปนเซลลมะเรง

22

To help protect your privacy, PowerPoint prevented this external picture from being automatically downloaded. To download and display this picture, click Options in the Message Bar, and then click Enable external content.

Nanomedicineสวนมากจะใชประโยชนในดาน

Drug delivery

Cancer

Nanoparticle targeting

Nanorobots

Cell repair machines

23

Nanotubeเปนวสดทมรปทรงเปนทอมธาตคารบอนเปนองคประกอบ

ป โ ป คนพบครงแรกเมอป 1991 โดยนกวทยาศาสตรชาวญปนชอ Sumio Iijima

ทอนาโนคารบอนมโครงสรางและสมบตหลากหลายซงขนกบวธทใชในการสงเคราะห

ใชประโยชนหลายดาน เชน

ทอนาโนคารบอนมโครงสรางและสมบตหลากหลายซงขนกบวธทใชในการสงเคราะห

ใชประโยชนหลายดาน เชน

ทาเสนใยเสรมความแขงแกรงในวสดคอมพอสท

ทาอเลกโทรดเพมกาลงไฟและอายการใชงานในแบตเตอร

ป 24

และตวเกบประจ

การบาน ใหนกเรยนหาความหมายของคาศพทตอไปน

• Bottom-up strategy

• Buckminster fullerene

• Carbon nanotubes

• Quantum DotsQ

• Smart materials25

Smart materials

บทท 2

โวทยาศาสตรพนฐานของนาโน

• การจดเรยงตวของอะตอมการจดเรยงตวของอะตอม

• โครงสรางผลกและระบบผลก

• ความหนาแนนของผลก

• การจดเรยงอนภาคในผลก

• ของแขงไอออน หรอผลกไอออน และโครงสรางผลกสามญ

• ของแขงโมเลกล หรอผลกโมเลกล• ของแขงโมเลกล หรอผลกโมเลกล

• ของแขงโลหะ หรอผลกโลหะ

26• ตาหนของผลก

การจดเรยงตวของอะตอมของแขงสวนใหญจดเรยงอะตอม หรอ ไอออน หรอ อนภาคอยางเปนระเบยบ

สมาเสมอใน 3 มต เรยก ของแขงแบบผลก (crystalline solid)

ผลกนาตาล

แตมของแขงอกประเภทหนงทการจดเรยงอนภาคไมเปนระเบยบแตมของแขงอกประเภทหนงทการจดเรยงอนภาคไมเปนระเบยบ

ทาใหไมมรปทรงเรขาคณต เรยกวา ของแขงอสณฐาน (amorphous solid)

Crystalline solid มคาดรรชนหกเห และการนาไฟฟาแตกตางกน

ในทศทางทแตกตางกน เรยกวา แอนไอโซโทรป (anisotropy)( py)

amorphous solid มคาดรรชนหกเห และการนาไฟฟาเหมอนกนทกทศทาง

27

amorphous solid มคาดรรชนหกเห และการนาไฟฟาเหมอนกนทกทศทาง

เรยกวา ไอโซโทรป (isotropy)

anisotropyanisotropy

28

โครงสรางผลกและระบบผลก

ระบบผลก คอ แบบตางๆในการจาแนกผลก ซงมทงหมด 7 แบบ

ซงจะพจารณาจากความยาว และ มมของหนงหนวยเซลล (unit cell)ซงจ พจารณาจากความยาว แล มมของหนงหนวยเซลล (unit cell)

Unit cell หมายถง หนวยทเลกทสดของผลกทยงคงแสดงคณสมบต

และลกษณะความเปนผลกอย

Lattice or lattice point หมายถง

การเรยงของอนภาคในผลก

แบบซาๆกนในสามมต ถาใหอนภาคเหลานนเปนจดเลกๆ

แตละจดทอยในผลกจะลอมรอบดวยจดอนๆ

29

แตละจดทอยในผลกจะลอมรอบดวยจดอนๆ

ทมสงแวดลอมเหมอนกนในทกทศทาง

หนวยเซลลสามารถมรปรางไดหลายแบบ

เราสามารถแบงอยางงายไดเปน 7 ระบบเราสามารถแบงอยางงายไดเปน 7 ระบบ

ตามความยาว และมมของหนวยเซลล

● Cubic or Isometric (CsCl, Salt, Diamond)

● Hexagonal (Aquamarine Quartz Ruby Graphite) ● Hexagonal (Aquamarine, Quartz, Ruby, Graphite)

● Tetragonal (Zircon)

● Rhombohedral (Amethyst, Corundum, Tourmaline)

● Orthorhombic (Peridot, Topax, Tanzanite)

● Monoclinic (Azurite, Feldspar)

● Triclinic (Turquoise)

30

31

จดแลตทซไมไดอยแคมมของหนวยเซลลเทานน

แตยงสามารถอยทตาแหนงอนๆได

พบวาตาแหนงทจดแลตทซอยได ม 4 แบบ ดงน☻Primitive cubic (P)

: Lattice points on corners only

☻Body-centered cubic (I): Lattice points on corners as well as

in the center of the unit cell body

☻Face-centered cubic (F): Lattice points on corners as well as

i h f ll fin the centers of all faces

☻Base-centered cubic (C)

32: Lattice points on corners as well as

centered on faces

ความหนาแนนของผลก

ความหนาแนนของผลก นาหนกของผลกหนงหนวยเซลล

ความหนาแนนของผลก = ปรมาตรของผลกหนงหนวยเซลล

นาหนกของผลกหนงหนวยเซลล

= จานวนอะตอมในหนงหนวยเซลล x นาหนก 1 อะตอมของอนภาคในผลก

33

จานวนอนภาคในหนวยเซลล

กาหนดใหจดแลตทซของผลกของแขงเปนทรงกลมแขง

ในการคานวณตองคานงถงหนวยเซลลขางเคยงดวย

อนภาคทมมใหนบ18 เพราะมการใชรวมกน 8 หนวยเซลล

ใ 1 ใ อนภาคทศนยกลางผวหนาใหนบ12 เพราะมการใชรวมกน 2 หนวยเซลล

อนภาคทขอบใหนบ14 เพราะมการใชรวมกน 4 หนวยเซลล

34

4

อนภาคทศนยกลางหนวยเซลลใหนบเตมเปนหนง

จานวนอนภาคในหนวยเซลล

อนภาคทมมใหนบ 1 เพราะมการใชรวมกน 8 หนวยเซลล35

อนภาคทมมใหนบ 8 เพราะมการใชรวมกน 8 หนวยเซลล

จานวนอนภาคในหนวยเซลล

อนภาคทศนยกลางผวหนาใหนบ 12 เพราะมการใชรวมกน 2 หนวยเซลลอนภาคทศนยกลางผวหนาใหนบ 2 เพราะมการใชรวมกน 2 หนวยเซลล

36

จานวนอนภาคในหนวยเซลล

อนภาคทขอบใหนบ 1 เพราะมการใชรวมกน 4 หนวยเซลล37

อนภาคทขอบใหนบ4

เพราะมการใชรวมกน 4 หนวยเซลล

จานวนอนภาคในหนวยเซลล

อนภาคทศนยกลางหนวยเซลลใหนบเตมเปนหนง

38

จานวนอนภาคในหนวยเซลล

สรป

อนภาคทมมใหนบ18 เพราะมการใชรวมกน 8 หนวยเซลล

อนภาคทศนยกลางผวหนาใหนบ12 เพราะมการใชรวมกน 2 หนวยเซลล

1อนภาคทขอบใหนบ

14 เพราะมการใชรวมกน 4 หนวยเซลล

อนภาคทศนยกลางหนวยเซลลใหนบเตมเปนหนงอนภาคทศนยกลางหนวยเซลลใหนบเตมเปนหนง

39

ตวอยาง

Primitive cubic : ลกบาศกแบบสามญ

8 x 1จานวนอนภาค = 8 x 18

= 1

40

ตวอยาง

Body-centered cubic

8 x 1 1จานวนอนภาค = 8 x 18

+ 1

= 2

41

ตวอยางFace- centered cubic

จานวนอนภาค = ?

42

จงคานวณหาจานวนอนภาคในผลกเกลอNaCl

จานวนอนภาค = ?

จานวน Cl- =จานวน Cl =

จานวน Na+ =

43

จงคานวณหาจานวนอนภาคในผลกเกลอ CsCl

= ?จานวนอนภาค = ?

จานวน Cl- =

จานวน Cs+ =

44

ความหนาแนนของผลก

ความหนาแนนของผลก นาหนกของผลกหนงหนวยเซลล

ความหนาแนนของผลก = ปรมาตรของผลกหนงหนวยเซลล

กาหนดให

ใ Z = จานวนอะตอมหรอ จานวนอนภาคในหนวยเซลล

M = นาหนกเชงอะตอม หรอ นาหนกสตรของอนภาคในผลก

NA = เลขอาโวกาโดร

V = ปรมาตรของผลกหนวยเซลล

45

ความหนาแนนของผลก

จะไดวา นาหนก 1 อะตอมหรอนาหนกสตรของอนภาคในผลก = MNNA

ZMดงนน นาหนกของผลกหนงหนวยหนก = ZM

NA

ZM

ความหนาแนนของผลก = VNA

46

ความหนาแนนของผลก

ถาผลกอยในระบบลกบาศกทมความยาวเทากนทงสามดาน ยาว a หนวย

ไ 3จะไดวา V = a3

ดงนนความหนาแนนของผลก =

47

ความหนาแนนของผลก

ตวอยาง โลหะ Ag มหนวยเซลลเปนแบบ face-centered cubic

มความยาวตามขอบ 0 408 nm มความหนาแนน 10 6 g/cm3มความยาวตามขอบ 0.408 nm มความหนาแนน 10.6 g/cm

นาหนกเชงอะตอม 107.9 g/mol จงคานวณหาเลขอาโวกาโดร

ตอบ 6.00 x 1023 atom/mol

48

ความหนาแนนของผลก

ตวอยาง จงคานวณหาความหนาแนนของผลก NaCl

มความยาวตามขอบ 564 pm มความยาวตามขอบ 564 pm

กาหนดเลขอาโวกาโดร 6.02 x 1023 สตร/mol ตอบ 2.17 g/cm3

49

เราสามารถหาความสมพนธระหวาง

ศ ไ ความยาวหนวยเซลลกบรศมอะตอมได

bc

a = 2r

4ra = 4r√3 a = √8 r

50

ตวอยาง ทอง (Au) ตกผลกมหนวยเซลลเปนแบบ fcc ตวอยาง ทอง (Au) ตกผลกมหนวยเซลลเปนแบบ fcc

และมความหนาแนน 19.3 g/cm3 จงคานวณหารศมอะตอมของทองในหนวย

พโคเมตร M W of gold = 197 g mol-1พโคเมตร M.W. of gold 197 g.mol

51

การจดเรยงอนภาคในผลก

ปม 2 ประเภท

-โครงสรางบรรจชดสด (closest packed structure)โครงสรางบรรจชดสด (closest packed structure)

ไดแก simple hexagonal (hcp), fcc

-โครงสรางบรรจไมชดสด (non-closest packed structure)โครงสรางบรรจไมชดสด (non closest packed structure)

ไดแก primitive cubic, bcc

52

โครงสรางบรรจชดสด

53ABABAB… ABCABC…

โครงสรางบรรจไมชดสด

54

Co-ordination number

= ? = ?

55

ชองวางในโครงสรางบรรจชดสด

ชองทรงสหนา

ทรงกลมจากชนทหนง = 3 ลก

ทรงกลมจากชนทสอง =

ชองทรงแปดหนา

ทรงกลมจากชนทหนง = ทรงกลมจากชนทสอง =

56

ใ โในผลกของโลหะ

จดแลตทซจะเปนทอยของ...........................................

ชองวางจะเปนทอยของ.............................. ทใสปนลงไปเลกนอย

ในผลกของสารประกอบไอออน

จดแลตทซจะเปนทอยของ...........................................

ชองวางจะเปนทอยของ..............................

57

Bonding In SolidsMetallic Ionic Molecular Covalent

Particles of unit cell

Metal ions in e-

cloudAnions, Cations

Molecule or atoms

Atoms

Bonding Metallic bonds between

cations and e-

electrostatic Dispersion, dipole-dipole or hydrogen

Covalent bonds

bonds

Properties Solf to very hard; good

Hard, brittle, poor thermal

Soft, poor thermal and

Very hard, poor thermalhard; good

thermal and electrical

conductors

poor thermal and

electrical conductors

thermal and electrical

conductors

poor thermal and electrical conductors

(except diamond and

graphite)

Example Li, K, Ca, Cu, C

NaCl, CaBr2, CH4, P4, O2, C(diamond), S O ( )

58

Cr, Ni K2SO4 Ar, CO2, H2O, S8

SiO2 (quartz)

Metallic Solid ใ ม 2 ทฤษฎ ในการอธบายการเกดพนธะ และ สมบตตางๆ

1. Electron sea model theory

2. Band theory

59Electron sea model theory

Band theory

60

Band theory

61

ใหนกเรยนลองไปสบคนขอมลดวาใหนกเรยนลองไปสบคนขอมลดวา

...ทาไมโลหะนาไฟฟา?

...ทาไมโลหะนาความรอน?...ทาไมโลหะนาความรอน?

ไ โ ไ ?...ทาไมโลหะสามารถบดงอได?

...ทาไมโลหะมผวมนวาว

62

Ionic Solids

CeO2

TiTiO

TiO ZnOTiO2

63

Covalent or molecule solid

Nano-sized metal-organic polyhedra (MOPs) are conveniently achieved by g p y ( ) y y

linking transition metal ions and either nitrogen

or carboxylate donor organic units. Recently, the porosity of MOPs to gases or carboxylate donor organic units. Recently, the porosity of MOPs to gases

and other molecules has been demonstrated;

an important step towards their ultimate utility an important step towards their ultimate utility.

Further progress in this area hinges on our ability to

f ti li th f f h ti l d t bl th b t t64

functionalize the surface of such particles and to assemble them on substrates

or polymer films for device fabrication.

Covalent or molecule solid

A large segment of the global economy (US$350 billion) is based on

the use of crystalline microporous zeolites in petrochemical cracking,

ion-exchange for water softening and purification, and in the separation of gases.

Zeolite structures are composed of tetrahedral Si(Al)O units covalently joined by

65

Zeolite structures are composed of tetrahedral Si(Al)O4 units covalently joined by

bridging O atoms to produce over 150 different types of framework.

Defect In lattice Crystal; ตาหนของผลก

คอ การจดเรยงตวไมเปนระเบยบของผลก นงจาดสภาวะของสงแวดลอม

ไมเหมาะสม ทาใหไมเหมาะสม ทาให

อนภาคมากหรอนอยเกนไป

อนภาคเปลยนตาแหนงทอย

อนภาคอนๆมการปนเปอนเขามาในผลก อนภาคอนๆมการปนเปอนเขามาในผลก

ตาหนทเกดขนมหลายแบบ

ไดแก point defect, line defect

66

ปประเภทของ point defect

• ทวาง (vacancy)

• จดแลตทซสอดแทรก (self-interstitial)

• ปนเปอนแบบแทนท (s bstit tional imp rit )• ปนเปอนแบบแทนท (substitutional impurity)

• ปนเปอนแบบสอดแทรก (interstitial impurity)( p y)

67

Substitutional larger atom

vacancy

interstitial

Substitutional smaller atom

68

การประยกตใช defect crystal

GeGe

ผลก Ge

ป i d

ผลก Ge

ป i d 69

เปน semiconductor ชนด n-type เปน semiconductor ชนด p-type

Bi3Ti3

70

กจกรรมกลมใหนกเรยนทารายงาน พรอมทงนาเสนองานทมอบหมายให

นาโนกบอตสาหกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกส กลม 2

นาโนกบอตสาหกรรมยานยนต กลม 7นาโนกบอตสาหกรรมยานยนต กลม 7

นาโนกบอตสาหกรรมอาหารและเกษตรกรรม กลม 4

นาโนกบอตสาหกรรมเคมและเครองสาอาง กลม 1

นาโนกบอตสาหกรรมการแพทยและสาธารณสข กลม 6นาโนกบอตสาหกรรมการแพทยและสาธารณสข กลม 6

นาโนกบอตสาหกรรมพลงงานและการรกษาสงแวดลอม กลม 5

71

นาโนกบอตสาหกรรมสงทอ กลม 3

รปแบบการนาเสนอ

- รปเลมรายงาน แบบสมบรณ ประกอบไปดวย

ปก คานา สารบญ เนอหา หนงสออางองปก, คานา, สารบญ, เนอหา, หนงสออางอง

ทมาและความสาคญของการศกษานาโน..........

ทฤษฎทเกยวของ (ถาม)

ประโยชนและการนาไปใช

ใ - การนาเสนอ ใชพาวเวอรพอยท

ใหเวลาในการนาเสนอกลมละ 15 นาท

72

พรอมเพอนๆซกถามอก 5 นาท