從ACIN 2013看先進複合無機奈米材料與應用(上)

 

刊登日期:2013/11/13
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蘇育央/工研院材化所

International Conference on Advanced Complex Inorganic Nanomaterials – (ACIN 2013) 已於日前在比利時的Namur University舉行。會中除有1987年諾貝爾化學獎得主Jean-Marie Lehn做一場專題演講之外,共計有17場Keynote Lecture、52場口頭報告,與16場的簡短口頭報告。另有約300 篇的研究論文/壁報論文發表。這場國際會議主要針對近來無機奈米材料的基礎、應用與突出的優點做一探討。又能源、環境與健康照顧是現今社會最受重視的議題,這些議題同樣受到無機奈米材料領域研究者的重視,期盼以開發新穎先進的元件與裝置改革人類生活型態。

研討會主要議題分為三大類;第一類主要探討以新穎方式製備先進複合無機奈米材料與尖端技術,包含新前驅溶液製備,針對溶膠-凝膠技術、自我組裝、模板、人工整合、封裝、Immobilisation、官能化、Layer-by-Layer、 Ship-in-Bottle等新方法的合成與製程以及形狀與基本合成物性等做探討。第二類主要探討奈米材料、官能化孔洞材料、Co-ordination Networks、 Bio-inspired Nanomaterials、 混成材料與活化材料,包括奈米結構、奈米粒子、奈米碳管、陶瓷、薄膜、超分子系統、高分子、沸石、 MOFs、中孔洞材料、生醫材料、有機金屬複合物、建築物用的綠色材料等。第三類則以新應用與特性作為探討,包括應用於觸媒、光觸媒、感測器、氣體儲存、磁光電、光電、光變色、導體、超導體、燃料電池、太陽能電池、鋰電池、超電容、光聚合、二氧化碳光還原、水分解、熱能轉電能與儲存等。本文將依議程分類做精簡介紹。

一、與會內容摘要
Michael Graetzel是瑞士洛桑聯邦理工學院光子學和界面實驗室教授,主要研究介觀材料及其光電子應用的電子傳遞反應和能源研究,為染料敏化太陽能電池發明者(有人將這類電池命名為Grätzel Cell),亦率先將奈米材料應用於鋰電池。這次Graetzel教授主要報告由太陽光所產生之燃料與電介觀系統的相關研究。此概念是以植物的光合作用與能量轉換概念而來,他們發展出一種Molecular Photovoltaic Device,可將陽光轉換成燃料與電能。其在實驗室所進行的研究顯示,太陽能轉換成電的效率可達12-13%,若套上商用PV模組則為10%。

美國喬治亞理工學院的Zhong Lin Wang教授主要針對該團隊所開發的一種新壓電光電子(Piezo-phototronic)材料作一演講。此種壓電材料(Piezoelectric Material)可望為機器人帶來具備觸感的人造皮膚1。利用這種首創的新半導體元件,其研究團隊已經製作出人造皮膚的原型,可賦予機器人如人類般的觸感,或是用以製作無墨水指紋掃描機、生物造影(Biological Imaging)或是提升微機電系統裝置的性能。壓電光電子效應是利用藉由變形壓電奈米線所導致的電荷極化(Charge Polarization),強化微型LED內的電荷傳輸與重組;該LED是在絕緣藍寶石基板上,於n型氮化鎵層上生長p型氧化鋅奈米線。每當奈米線陣列感受到來自人類或機器人手指觸摸的應變(Strain),p-n接面就會讓LED發光,其光強度與所施加的壓力成正比(圖一)。而其發光影像可能是一個指紋就能用傳統的光學技術來感應(圖二)。 

 
(資料來源: Nature Photonics doi: 10.1038/nphoton.2013.191)
圖一、The Piezophototronic Device

Zhong Lin Wang教授團隊所開發的直徑2.7微米的氧化鋅奈米線陣列,能以每吋6,300 dots的解析度感測觸摸,切換時間僅需90毫秒(ms);研究團隊是以低溫化學生長技術,在氮化鎵薄膜上製作奈米線圖案,並以熱塑材料在奈米線之間提供支撐。圖案化的鎳-金電極與底部的氮化鎵薄膜形成歐姆觸點(Ohmic Contact),同時透明的氧化銦錫(Indium-Tin Oxide,ITO)則沉積於頂部做為共同電極(圖三) ---以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。


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