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CH6 科技與材料 - Coggle Diagram
CH6 科技與材料
6-1 材料概論
金屬材料
定義
工業上製造時所使用的金屬或合金(有時包含結合非金屬元素的無機材料)
鐵金屬材料
以鐵 (Fe) 為主,如鋼、不鏽鋼
非鐵金屬材料
如銅 (Cu)、鋁 (Al)、鎳 (Ni)、鈦 (Ti) 等,由鐵、鉻、碳及其他元素組成的合金
不鏽鋼
具備耐高溫、耐腐蝕、防震、耐久、易加工,兼具衛生美麗與環保長效的綠色特性
高分子材料
定義
亦稱為「聚合物材料」,以碳氫和其他非金屬元素為基礎組成的高分子化合物
熱塑性
尼龍 (Nylon)
抗化學性、耐磨性極佳等
鐵氟龍 (Teflon)
耐衝擊性佳、防水等
陶瓷材料
醫療方面應用
假牙、人工關節、義肢、人工心臟瓣膜等
定義
金屬元素與非金屬元素之間的無機化合物
傳統陶瓷
基本原料黏土、石英、長石
工程陶瓷
原料使用純淨或幾近純淨的化合物
功能陶瓷能轉換多種能量,生物陶瓷具特殊生理作用,結構陶瓷則耐荷重與高溫磨損
複合材料
定義
透過組合多種材料,形成具備優於單一材質的新功能材料
分三類
玻璃纖維
使用最廣泛、價格最經濟,常被應用於運動器具等
醯胺纖維
具備耐熱與高強度特性,廣泛應用於衣著及裝備
碳纖維
雖價格昂貴,但具備高硬度、高強度、耐高溫等優異性能,廣泛應用於航科技鏡頭領域及工程與專業運動器材
電子材料
定義
用於電子領域、特別微小(微觀/微細化)的材料
半導體
導電性介於「金屬」與「絕緣體」之間
通常由 IVA 族元素組成
pn 型
具備整流功能,應用於各類家電產品
pnp 型 / npn 型
具備電流放大的電晶體功能,應用於各類電子元件與電路設計
6-3 人工智慧材料的需求層面
影像處理
語音處理
語音辨識/合成、音質轉換、音樂生成、聊天機器人
自然語言處理
GAN (生成對抗網路)
自動摘要、即時翻譯、文書分類
教育應用
陪伴機器人
6-2 科技與奈米材料
主要特性
性質改變
尺寸接近波長、大表面積,性質異於塊材
結構不同
晶相或非晶相排列與一般材料不同
新型合金
能使原本無法混合的金屬或聚合物成功融合
自然界中的奈米結構
蜜蜂
體內有磁性奈米粒子
昆蟲翅膀
翅膀顏色源自奈米結構反射特定波長
蓮花
葉面具奈米結構,造成「蓮葉效應」
應用
交通/能源
建築/居家
「鯊魚膚」仿生薄膜
奈米玻璃與防塵油漆具自潔效果、刮渣層則提升堅硬酸酯表面硬度
生技醫療
6-4 材料科學與生活
生活的應用
應用於建築防火防震、紡織衣著、交通工具、影音產品、電子設備及生醫領域,提升安全、便利與生活品質
環保及能源的應用
應用於資源回收、環境監測、再生能源與氫氧燃料電池
航太與國防應用
航太工業採用輕巧耐高溫的鋁合金與鈦合金
國防武器則應用紅外線光罩