認識化工~陳奇中教授演講投影片
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大 綱
化學 vs. 化學工程
化學工業的沿革
化學工業十大成就
化學工程與新科技
化學工程師的就業與成長
新世紀的化學工程
化學 vs. 化學工程
新世紀的化學工程
化學是探討物質之性質結構及物質間反應機構之基礎科學。
化學工程：應用科學原理及工程技術，以最經濟及最安全的方法，量產有益於人類物質的工程。
化學工程師可將科學研究的成果從實驗室帶到工廠，使其大眾化，並將各種原料轉變成不同的產品。所以有人稱化學工程師為多才多藝的工程師。
化學工業的沿革
化學工業十大成就
新世紀的化學工程
化學工業十大成就 (續)
新世紀的化學工程
化學工程與新科技
新世紀的化學工程
尖端材料之積體電路（IC）
點石成“晶”
拉 晶晶 圓
尖端材料之《積體電路製造流程》
新世紀的化學工程
新世紀的化學工程
《IC廠內工作環境》 《無塵室作業》
《上光阻》
《放大一萬三千倍後的積體電路 》
新世紀的化學工程
尖端材料之液晶高分子
液晶高分子彩色液晶顯示器
新世紀的化學工程新世紀的化學工程
尖端材料之光儲存材料
新世紀的化學工程
尖端材料之發光元件
化合物半導體晶片與發光元件
MOCVD 反應器
交通號誌是LED的用途之一
新世紀的化學工程
奈米材料與奈米科技
1 奈米 (nanometer) = 十億分之1 米(10-9 m)人高
紅血球
分子及DNA氫原子
針頭
1 奈米0.1 奈米
1千 奈米
100萬 奈米
20億 奈米
奈米的特性
•古典理論不敷使用 — 量子效應不可忽略
•物理、化學及生物性質與巨觀時大相逕庭
ex. 奈米黃金粒子為紅色
高表面/體積比、高密度堆積與結構組合上的彈性
材料燒結溫度與熔點大幅下降
不透明材料變為透明
粒子反應性增加
•跨領域技術 — 物理、化學、材料、光電、生物、
醫藥等
奈米科技將為人類的第四波工業革命
奈米材料和技術的應用前景
領域 應 用
聲 雷達波隱形
光 光電腦(optical computer)
電 光學積體電路晶片(laser chip)：Si IC窄頻→laser IC寬頻超導材料：metal-fulleride Tc＝40K
磁 記錄材料：DVD 4.7 Gb→電子碟機 50～100 Gb記憶材料：DRAM 256M→FRAM 1G 以上
熱 熱電轉換材料：效率指標0.34→1.3→4.38(Carnot cycle)薄膜電池：125 Wh/kg×300Wh/L→200Wh/kg×600Wh/L
力 稱重：世界最小的秤10-15g生化 生物感測器(biosensor)→生物晶片(biochip)
新世紀的化學工程
1st transistorQuantum-dot
turnstile Quantum corralNanotube transistor
One-atom contact
Century ofNanotechnology
19901980 20001960
電子元件的尺寸
新世紀的化學工程
量子幻象 (Quantum Mirage)
H. C. Manoharan et al.,Nature 403, 512 (2000).
新世紀的化學工程
奈米科技的極致
M.F. Crommie et al.,Science 262, 218 (1993).
5 nm
新世紀的化學工程
各型量子阱
D.M. EiglerIBM, Amaden
新世紀的化學工程
平移原子操縱術
• D.M. Eigler• IBM, Amaden
新世紀的化學工程
以蝕刻作成的奈米吉他
世界上最小的吉他，全長10μm。含六根絃，每根50nm寬。
~30 kV
奈米碳管
新世紀的化學工程
(高解析二次電子影像(SEM))
直立陣列奈米碳管
•以碳奈米管取代現有的半導體技術•利用碳奈米管製成的邏輯電路可望在未來取代矽基晶片的角色•奈米溫度計 ……
新世紀的化學工程
以奈米碳管做成的RAM
T. Rueckes et al., Science 289, 94 (2000).
新世紀的化學工程
奈米鑷子
新世紀的化學工程
新世紀的化學工程
蓮花效應 (Lotus effect)
厭水性奈米粒子, 均勻塗佈於固體表面上, 可以具有 “蓮花效應”, 因而能夠防水撥水, 得到所謂的自淨效應(self-cleaning effect), 可以應用自玻璃, 衣物表面, ……
奈米光觸媒
新世紀的化學工程
奈米複合材料
新世紀的化學工程
奈米與生醫
新世紀的化學工程
新興奈米產業分佈
新世紀的化學工程
C & E News (Sept. 1, 2003) 最新調查美國的奈米新興產業投資情況： 其中奈米材料, 醫藥, 以及民生消費用品等都與化工息息相關。
利用生物技術生產製造各種特用化學品、疫苗、健康食品、醫療用品、生物殺蟲劑以及生物能源等等，以確保化學工業、農業與畜牧業的發展及人類的福址。
生物產業將是二十一世紀的重要產業，在製造這些產品時，化工技術以其特有的製程概念，扮演極其重要的角色。與一般化學製程相比，這些生物程序，最重要的特色在於溫和的生物反應取代了較激烈的化學反應。
新世紀的化學工程
生物程序工程
人體就像是一座小型生化工廠
新世紀的化學工程
盤尼西林的製程
新世紀的化學工程
生 物 反 應 器
新世紀的化學工程
利用生物程序處理廢水
新世紀的化學工程
生物晶片
新世紀的化學工程
腸病毒分型檢驗晶片(EV Typing Chip)
基因工程---螢光細菌
人 造 皮 膚
在膠原蛋白所做成的模皮上植入皮膚細胞，於體外培養後得到皮膚。
新世紀的化學工程
神奇的生醫材料
人 工 心 臟
心塞氣囊是由PU所製成，血管是由Dacron所製成，而瓣膜則是由碳的複合材料所製成。
新世紀的化學工程
人工水晶體
新世紀的化學工程
利用血紅素經交聯修飾，再用人工細胞膜包覆起來可以攜氧，即所謂人工血液。
新世紀的化學工程
人工紅血球
是由PMMA所製成，直徑約6mm。
跨領域的生醫工程
新世紀的化學工程
工研院生醫工程中心人員
能源科技
無論在新能源、再生能源技術開發或節約能源方面，化工與能源的關係極為密切，例如：
* 燃料電池* 除濕機中蜂巢狀矽膠除濕輪* 廢棄物衍生燃料* 紅外線乾燥器* 低污染燃燒器* 生物能源
都必須應用化工的原理與製程，使化工技術在能源領域貢獻卓著。
新世紀的化學工程
燃料電池 (The Proton Exchange Membrane Fuel Cell)
新世紀的化學工程
燃料電池的應用
新世紀的化學工程
電動汽車
電動腳踏車電動機車
太空梭
學術單位
16%
其他行業
12%
研究單位
11%
一般化學產業
10%
生化/製藥產業
4%
環保產業
2%機械/金屬產業
2%
深造就學中
2%民生產業
4%電子及相關產業
21%
石化產業
16%
根據一份化工人就業調查報告中（89年10月），得到以下幾點重要的訊息：
新世紀的化學工程
就業公司性質分佈
化學工程師的就業與成長
平均薪資與就業年限間的關係(含獎金)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
1~5年 6~10年 11~15年 16~20年 20年以上
年資
平均
年薪
(萬元
)
新世紀的化學工程
轉唸其他學門研究所分佈
企管
31%
材料
16%
高分子
11%
生化
8%
化學
5%
醫工
3%
能源技術
2%
資工
3%
環工
13%
工工
3%電機
3%
機械
2%
新世紀的化學工程
化工碩士學位與服務公司性質
電子
32%
生化/製藥
5%
石化
21%
一般化學
9%
學術研究
13%
其他
20%
新世紀的化學工程
化工博士學位與服務公司性質
電子
13% 生化/製藥
4%
石化
0%
研究
22%學術
51%
其他
7%
一般化學
3%
新世紀的化學工程
化工系在學女生比例
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