自然纇科技類 - 生活

By George
at 2010-06-09T00:00

Table of Contents

1.為何地球上幾乎大部分的能源被認為來自太陽呢？

2.因應產業之發展，為何高分子材料是未來重要科技一環？

3.為何臭氧層破洞，常聽到是在南極上空呢？

1.請敘述超臨界分離科技的基本原理及目的？

2.請說明發光二極體（LED）與雷射二極體（LD）的差異性及應用領域？

3.微小粒子穿透能階障礙，具穿隧效應（Tunneling effect），那麼把整個宇宙看成一個量子系統來討論，相對於宇宙的尺度而言，人類等同於量子力學中的微小粒子，將製造一運輸工具，突破能階障礙（即光速）的限制，可自由自在遨翔於星際之間穿越時空呢！你（妳）認為可行嗎？為什麼

Tags: 生活

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By Elvira
at 2010-06-11T07:27

1.大部分的能源製造來自化石燃料( fossil fuel，如煤、石油 )，是三億多年前植物吸收太陽輻射所遺留下來的(約50%的太陽輻射穿越大氣為地表吸收)~(環保聯盟)

2. 高分子材料帶給人們無限的方便與希望，尤其是當電路奈米化，高分子/有機/無機混成材料研發後, 你可以想像未來電腦不再是硬梆梆的,可以隨意捲曲起來嗎?人工關節與臟器可與組織結合?或是報紙變成電子的,下載看完後還可以折疊起來? 再生能源的單位面積發電效率超過80%?甚至是永遠不用清洗的玻璃或汽車?
高科技產品幾乎皆為高分子材料。高分子材料於各產業產品中已被廣泛生產與應用，如傳統產業中的塑膠、橡膠、纖維、輪胎、塗裝、黏著、合成皮等；資訊電子產業中的IC半導體之微影光阻劑、印刷電路板、電子封裝、連接器、介電膜、電腦原件、電腦外殼等；光電產業中的光碟片、液晶顯示器（LCD）、廣視角膜、增光膜、背光板、有機發光二極體（OLED）、高分子發光二極體（PLED）、光纖、通訊元件等；生物科技產業中的生物晶片、生醫生物材料、人工臟器、醫療器材等等。 (台大高分子科學所/國科會/塑膠中心)

3. 本來，南極上空「冬季」（北半球夏季）天生便有一個臭氧洞。因為南極在冬天時照不到日光，空有自由氧氣亦無法製造臭氧。
所以此時南極上空幾乎沒有什麼臭氧，這就是天生的臭氧洞。但近幾年來卻發現這個洞有擴大的的趨勢，甚至於北半球和北極的臭氧量也有大幅度減少，這其中便有耐人尋味之處。
1985年，英國南極觀測站的科學家Farman et.al等人，首先提出南極哈雷灣（Halley Bay）上空的總臭氧量，自1979年來每年的南極春季（10月）便不斷下降，至1985年以減少40%以上。1986年，Stoarski et al.採用TOMS資料，分析出45°S~南極間臭氧均有減少，證實臭氧洞的存在，引起世人的注意。
在長期的監測下，自1979年臭氧洞不斷向赤道擴張，1982~1991年的10年間，南極臭氧洞的積擴大10倍，深度增加了2倍，被破壞的臭氧量估計為過去的4.3倍。且自1900年後，南極上空臭氧量洞的形成時間逐漸提早。1992年，南極臭氧洞曾一度最大超過2300萬平方公里，約為南極大陸面積的1.5倍。1993年情況亦不樂觀，破洞不但遍及南極大陸，且將擴及南美洲部分。
南極臭氧洞形成原因很多，但由於南極特殊的氣候型態，使科學家相信，南極臭氧洞應是平流層化學反應與大氣環流等多因素交互作用下的產物。事實上，在南極地區，冬季盛行強大的極地漩渦（Polar Vortex），從4月10日這種環流控制著南極上空，阻止極地大氣與中低緯度大氣交換，並造成平流層極低的溫度，在加上冬季無太陽輻射，臭氧產量減少，於是在極區上空形成臭氧濃度極低的區域。此外，在南極地區冬季是長夜，所以夜間溫度很低。在南極上空20公里附近溫度會降至零下80度，當氣溫降至零下78℃時，平流層中的’’三水硝酸’’（HNO3.3H2O）便會包圍直徑約0.1微米的硫酸微粒，而凝結成「極地平流層雲」（Polor stratospheric cloud 簡稱PSC），這些硫酸微粒來自人為或自然（火山…）。這種雲由冰晶所構成，在冬季時平流層的氯化合物及封閉在這些冰晶中，到了春季（10月）陽光開始照射，冰的表面溶解，使氯化合物釋出，當氯化合物因陽光分解，就會放出破壞臭氧的氯，而使臭氧量減少。(教育部學習資源)
4. 超臨界分離萃取的基本原理
　　超臨界狀態萃取分離過程是利用超臨界流體的溶解能力與其密度的關係，即利用壓力和溫度對超臨界流體溶解能力的影響而進行的。當氣體處於超臨界狀態時, 成為性質介於液體和氣體之間的單一相態, 具有和液體相近的密度, 粘度雖高於氣體但明顯低於液體, 擴散係數為液體的10～100倍; 因此對物料有較好的滲透性和較強的溶解能力, 能夠將物料中某些成分提取出來。
　　在超臨界狀態下，將超臨界流體與待分離的物質接觸，使其有選擇性地依次把極性大小、沸點高低和分子量大小的成分萃取出來。並且超臨界流體的密度和介電常數隨著密閉體系壓力的增加而增加, 極性增大, 利用程式升壓可將不同極性的成分進行分步提取。當然，對應各壓力範圍所得到的萃取物不可能是單一的，但可以通過控制條件得到最佳比例的混合成分，然後借助減壓、升溫的方法使超臨界流體變成普通氣體，被萃取物質則自動完全或基本析出，從而達到分離提純的目的，並將萃取分離兩過程合為一體，這就是超臨界流體萃取分離的基本原理。
超臨界分離萃取科技主要目的是提高物質的分離與純化 ,重要的發展應用主要例如~中藥, 晶圓環保清洗, 去咖啡因, 取代臭氧層的殺手—氟氯碳化合物, 產製微米及奈米粒子,良好的有機溶劑替代品, 廢水處理與化武銷毀, 特殊功能的產品的活性製程等等..

2010-06-11 17:38:28 補充：
您的問題2000字實在回答不完...............
由於大部分見諸於文獻報導中的超臨界流體在常壓下均屬氣態，因之在使用後只要減壓即會變回氣相，而和其他固、液相的物質分離，故容易回收再使用，亦是使用臨界流體的優點之一。在眾多流體中，又以二氧化碳最常受到考量，因其臨界溫度不過攝氏31.2度，接近室溫，此外，臨界壓力也不算太高，約72.8大氣壓，又不具毒性，不會自燃，來源廣且價格不高。由於二氧化碳亦是溫室氣體之一，國際上未來很可能會管制其排放量，若能充分利用二氧化碳，對減量排放也有一定的助益。
2010-06-11 17:39:52 補充：
由於在室溫下二氧化碳是氣體，若以超臨界二氧化碳作為溶劑，在處理後不會有殘留的問題，因而可符合環保及衛生法規，也因此稱為綠色溶劑。除二氧化碳外，近年來超臨界水也在廢水處理及材料製備上受到相當的重視。(台海大/科學發展期刊359期)
5. 發光二極體(Light Emitting Diodes,LED)-
發光二極體是一種特殊的二極體。和普通的二極體一樣，發光二極體由半導體晶片組成，這些半導體材料會預先透過注入或攙雜等工藝以產生p、n架構。與其它二極體一樣，發光二極體中電流可以輕易地從p極（陽極）流向n極（負極），而相反方向則不能。
2010-06-11 17:40:13 補充：
兩種不同的載流子：空穴和電子在不同的電極電壓作用下從電極流向p、n架構。當空穴和電子相遇而產生複合，電子會跌落到較低的能階，同時以光子的模式釋放出能量。
它所發出的光的波長（決定顏色），是由組成p、n架構的半導體物料的禁帶能量決定。由於矽和鍺是間接帶隙材料，在這些材料在常溫下電子與空穴的複合是非輻射躍遷，此類躍遷沒有釋出光子，所以矽和鍺二極體不能發光。但在極低溫的特定溫度下則會發光，必須在特殊角度下才可發現，而該發光的亮度不明顯。發光二極體所用的材料都是直接帶隙型的，這些禁帶能量對應著近紅外線、可見光、或近紫外線波段的光能量。
2010-06-11 17:41:08 補充：
發展初期，採用砷化鎵（GaAs）的發光二極體只能發出紅外線或紅光。隨著材料科學的進步，各種顏色的發光二極體，現今皆可製造。
LED已知應用-
訊息指示：由於體積細小，耗電低，容易推動，LED被普遍用作訊息、狀態顯示，例如：
消費性電子產品的狀態指示燈
應急車輛上的發光條
機場和火車站的輕薄型消息顯示板，以及用於火車、汽車、電車以及渡輪的終點顯示牌
紅、黃、綠和藍光LED可用於鐵路建設模型
緊急出囗指示燈
交通燈
汽車轉向燈與剎車燈
有機發光二極體（OLED）可用作平板顯示器，可顯示圖象以至視頻訊息
液晶電視的動態背光模組
2010-06-11 17:42:25 補充：
照明： LED在較低光度有較佳效率（省電）的特性，使其適用於部份照明用途：
手電筒
斷電時用的緊急照明系統
入門類數碼影像設備的補光燈
在光度要求低的道路、隧道、室內照明
用於傳送數碼訊息：
電視機、錄影機等家電的遙控器，使用了紅外線發光二極體
短距離光纖通訊
位移探測器，例如：光學鼠標
雷射二極體(Laser Diodes,LD)
外兩者之不同在於半導體雷射(Laser Diodes,LD)具有三層不同折射率的材料之結構，一般讓中間層的折射率高於旁邊兩層。這樣的結構將產生一種波導的效應使光局限在中間層行進而不損失，
2010-06-11 17:42:44 補充：
再者因空氣與半導體材料之介面提供一反射的鏡面，所以光線在中間層可往返多次形成共振腔而產生雷射。(輔大物理系/DIGITIMES)
LD應用發展-傳送數碼訊息, 背光源的微型手機投影機及雷射電視, 快速的資料傳輸系統以及高密度的儲存系統(彰化師大物理所實驗室)
6.可行性?以現代的科技發展進度很難否定這種可行性
如果人類真能在宇宙間創造一個人為量子井結構:
一.有沒有能力製造如行星規模的巨大能源?
二.人體等同一個小宇宙,不同於粒子或電子單位如此單純, 我們脆弱的生理構造有沒有能力應付如此強大的電位差及位移, 光電磁波都引發導致器官細胞位移致癌的爭議.....
2010-06-11 17:42:51 補充：
所以不敢說自由地穿越時空是指日可待, 就算達到光速飛行,還有一堆社會倫理問題會出現, 例如回來時,兒子比老爸還老了......

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