化學技術與應用

化學工程、生物化學、綠色化學、環境化學、核化學

聚四氟乙烯(Polytetrafloroethylene)(一)

聚四氟乙烯(Polytetrafloroethylene)(一)
國立台灣師範大學化學研究所碩士生鄭淑瑾/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

在化學中,聚四氟乙烯(polytetrafloroethylene,PTFE)是一種合成四氟乙烯的含氟聚合物,而且有許多的應用。聚四氟乙烯是杜邦公司Teflon最有名的品牌。

聚四氟乙烯是一種堅固的氟碳固體,因為它是一個用超高分子量化合物組成的碳和氟的化合物,它既不被水或含水物質也不被油或含油物質給弄濕,因為氟為高陰電性原子,會使四氟化物明顯的降低倫敦分散力(London dispersion force)。

聚四氟乙烯用作鍋子或其他炊具上的不沾塗層,原因是強度的碳氟鍵,是一種使用氟取代聚乙烯中所有氫原子的人工合成高分子,它經常被用來在容器和管道的反應和腐蝕性化學品,具有抗酸、抗鹼、抗各種有機溶劑等特點。通常用作潤滑劑,可減少摩擦、磨損和能源消耗的機制。

超塑合金 (Superplastic Alloy)

超塑合金 (Superplastic Alloy)
臺北市立第一女子高級中學化學科何鎮揚老師/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

一、超塑合金現象
塑性,是指金屬在外力作用下,能穩定發生永久變形,而不破壞完整性的能力,可測量的資料為延伸率。在一般情況下,金屬的延伸率不超過90 %,一般的鋁材在室溫下拉伸變形時,伸長值達到30 %~40 %就會斷裂,即使在400 ℃的高溫下,伸長率也只有50 %~100 %。但具有特殊組織的材料,在適當的變形條件下就不會斷裂,伸長率特別大,甚至沒有斷裂縮頸現象,此現象稱為超塑性。合金發生超塑性時的斷後伸長率通常大於100 %,有的甚至可以超過1000 %。最初發現的超塑性合金是鋅與22 %鋁的合金。1920年,德國人羅森漢(N. Rosenhaim)在鋅-鋁-銅三元共晶合金的研究中,發現這種合金經冷軋後具有暫時的高塑性。

超耐熱合金(Superalloy)

超耐熱合金(Superalloy)
臺北市立第一女子高級中學化學科何鎮揚老師/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

超耐熱合金又稱高溫合金。合金的工作範圍隨所受壓力、環境介質和壽命要求的不同而有所不同。通常把使用溫度範圍在500~700 ℃的合金稱為高溫合金,在700 ℃以上仍能承受150~200 MPa應力、在燃燒中壽命≧100小時,具抗氧化、抗腐蝕能力,的合金稱為超高溫合金。

純金屬材料中如鎢(熔點3390 ℃)、鉭(熔點2996 ℃)、鉬(熔點2610 ℃)和鈮(熔點2468 ℃)等,熔點高於1650 ℃,被稱為難熔金屬。金屬材料的熔點越高,其可使用的溫度限度越高,但盡管純金屬材料中有熔點高達2000 ℃以上的,可是在遠低於其熔點下,其力學強度就迅速下降,高溫氧化、腐蝕嚴重,因而,極少用純金屬直接作為超耐熱材料。一般的金屬材料都只能在500~600 ℃下長期工作能。

鹵素燈與氣體放電式燈

鹵素燈 (Halogen Lamp) 與氣體放電式燈(High Intensity Discharge Lamp,HID)
臺北市立永春高級中學化學科蔡曉信老師/國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

鹵素燈也是一種白熾燈,其原理是在燈泡內注入碘或溴等鹵素氣體。當電燈開啟後,鎢絲高熱發光,此時鎢絲上的鎢原子蒸發,擴散到燈泡壁溫度較低的區域時,就與鹵素作用生成鹵化鎢。鹵化鎢被氣流帶到燈絲附近的高溫區,分解成鎢原子及鹵素原子,而鎢原子又黏附於鎢絲上,藉此不斷的循環,因此鹵素燈泡比白熾燈更長壽。此外,鹵素燈泡亦能以比一般白熾燈更高的溫度運作,它們的亮度及效率亦更高。不過在這溫度下,普通玻璃可能會軟化。因此鹵素燈泡需要採用溶點更高的石英玻璃。而由於水晶玻璃不能阻隔紫外線,故此鹵素燈泡通常都而需要另外使用紫外線濾鏡。鹵素燈泡上的水晶玻璃如果有油脂,會造成玻璃上溫度不一,減低燈泡的壽命。因此換鹵素燈泡時要避免人手觸及燈泡的玻璃,如果有指膜應以酒精清潔。

神經傳導物質(一)

神經傳導物質(一) (Neurotransmitters 1)
臺北市立永春高級中學化學科蔡曉信老師/國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

神經傳導物質的發現
1921年,生物學家奧圖‧羅威 (Otto Loewi) 發現了第一個神經傳導物質。在他的實驗中 ,他將兩個青蛙心臟分別置於兩個相互連通的盒子裏,編號一號的心臟與其上的迷走神經均浸泡在生理食鹽水中,當他通電刺激此迷走神經,編號一號的心臟心跳速率減緩,稍後,他發現編號二號的心臟,其心跳速率亦見減慢,根據這項實驗結果,羅威假設通電刺激編號一號心臟的迷走神經,會刺激該神經釋出化學物質,因而流入置放編號二號心臟的盒子中。他將該化學物質命名為 「Vagusstoff」,也就是現今稱之為乙醯膽鹼 (Acetylcholine, Ach)的神經傳導物質。

神經元之間訊息的傳遞,是利用化學物質通過名為突觸的小空隙而得以完成的。這些神經傳導物質係由突觸前神經末梢釋出穿過突觸,之後被下一個神經元一處特化區域受體活化後會促使細胞去極化 (Excitatory)(興奮性突觸後電位)或過極化 (inhibitory)(抑制性突觸後電位)。去極化會促使動作電位之發生 ; 反之,過極化則具抑制的效果。

柯氏循環

柯氏循環 (Cori Cycle)
國立臺灣師範大學化學研究所碩士生江宣儀/國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

柯氏循環 (Cori cycle) 是由發明者Carl Cori Gerty Cori1929年定義並命名。

柯氏循環 (Cori cycle) 就是能量於骨骼肌組織、肝臟之間的循環。在新陳代謝過程中,乳酸 (lactate) 可經由無氧醣解反應 (anaerobic glycolysis) 於肌肉組織中產生,而部分的乳酸會進入肝臟中,並進一步產生成醣新生反應 (gluconeogenesis) 產生葡萄糖 (glucose)。而葡萄糖又可回到肌肉組織中,再次利用後產生乳酸,以此循環。

染髮劑(Hair Dyes)

染髮劑(Hair Dyes
台北市立永春高級中學化學科蔡曉信老師/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

理想的染髮劑須具備下列幾項標準:
1.
須對毛幹無害,能充分染著毛髮,但不得失去毛髮之光澤。

2. 使用時對身體不得具有害作用。

3. 不會使皮膚發炎。

4.對陽光、空氣、鹽水須安定,使用如髮油、髮膠 (Hair Lacguer)、肥皂、非肥皂等化粧品時不得變色或產生溶解現象。遇鹼、氧化劑、還原劑時其顏色不得消失。這些標準是相當嚴格,故市面出售之染髮劑尚未有完全滿足這些標準之商品。

金屬玻璃(Metallic Glass)

金屬玻璃(Metallic Glass
臺北市立第一女子高級中學化學科何鎮揚老師/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

金屬或合金在融熔狀態下緩慢冷卻,得到的是晶態金屬或晶態合金。如果在融熔狀態下以極高的速度驟冷(冷卻速度為 106 K/s),因原子來不及有序化排列,形成的是非晶態金屬或合金,這種結構與玻璃的結構極為相似,所以稱為金屬玻璃。普通玻璃是矽酸鹽或矽的氧化物,它們的顯著特點是脆而透明;而金屬玻璃與普通玻璃則相反,它們是韌而不透明的。

傳統金屬材料都是以晶態存在,在20世紀50年代,科學家從電鍍膜上發現了非晶態合金的存在,60年代利用激光法從液態獲得非晶態的金矽(Au-Si)合金,70年代後開始採用熔體旋轉急冷法製備非晶薄帶,作為金屬材料的非常規結構形態。非晶態金屬與合金,顯現出一些特異的性質,引起人們極大的興趣,而成為金屬材料的一個新領域。

物理氣相沈積法(Physical Vapor Deposition,PVD)

物理氣相沈積法(Physical Vapor Deposition,PVD)
臺北市立第一女子高級中學化學科何鎮揚老師/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

氣相沉積法分為物理氣相沉積法(physical vapor deposition,PVD)和化學氣相沉積法(chemical vapor deposition,CVD);前者不發生化學反應,後者發生氣相的化學反應。

物理氣相沉積法是利用高溫熱源將原料加熱至高溫,使之氣化或形成等離子體,然後在基體上冷卻凝聚成各種形態的材料(如單晶、薄膜、晶粒等)。所用的高溫熱源包括電阻、電弧、高頻電場或等離子體等,由此衍生出各種PVD技術,其中以陰極濺射法和真空蒸鍍較為常用。

光纖(Optical Fiber)

光纖(Optical Fiber
台北市立永春高級中學化學科蔡曉信老師/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

光纖是一種利用玻璃或塑膠的纖維所製造而成用來當作輸送光線的工具。其管徑的大小約為萬分之一公尺,只比人類的頭髮稍粗,而微細的光纖封裝於塑料護套中,可以讓光纖能夠彎曲而不至於斷裂。

一、光纖傳輸的原理:
一般的光纖維是由導光芯材(core)與覆蓋膜(clad)兩種材料所組成,因此依所使用材料的折射率可分為全反射型(Step-IndexSI)與集束型(Grad –lndexGI)兩型。SI 型的外層覆蓋膜折射率比芯材折射率低,入射光在此兩界間起全反射來傳送光能,目前市售的塑膠光纖維多屬於SI型,芯材料為聚甲基丙烯酸甲酯(Po1ymethyl methacrylatePMMA)。GI型是芯的折射率從纖維中心向外連續遞減,此種設計使得光沿著芯的中心軸以曲線向中心軸集束傳送,如新的塑膠光纖的材質氟化聚合物則屬於GI型。

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