多重選擇題解答※

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第四節 現代科技 一、半導體

1.材料可依導電性區分為導體、半導體與絕緣體：

　 (1)一般金屬如銀、銅、金、鋁等其導電性良好，稱為______________。

　 (2)導電性不良的物質稱為___________，例如陶瓷、石蠟、純水、乾燥的空氣。

　 (3)導電性介於導體與絕緣體之間稱為_______，例如_____或____等類金屬，

其

導電性可隨著光照、外加電場或磁場等因素改變外，亦可以因摻雜（doping）

其他微量物質而增加。

說明：不含雜質的半導體稱為本質半導體，在本質半導體中摻雜少量的物 質，則稱為含雜質半導體（或外質半導體），有______型半導體及

_______型半導體兩類。

2.矽晶體（Si）：

　(1)在矽晶圓中摻雜少許如_________、__________的 VA 族元素，

則稱為_______型半導體。

　 (2)當外接電壓時，正極接於_______端，負極接於______

端，則電流可以通過，若連接相反，則電流無法通過。

因此二極體具有_________的功能，可將交流電轉換成 直流電。

　 (3)發光二極體：目前 LED 電視及行人專用 LED 號誌即使用___________

（light-emitting diode，簡稱_________）作為光源，以順向電壓通入二極 體，導致 n 型半導體中的電子與 p 型半導體中的電洞於接觸面結合而產生光。

　(4)有機發光二極體：目前發展中的有機發光二極體（organic light emitting diode，_________）更具有自發光性、低耗電、亮度鮮明、可撓曲等特性的

　 (1)植物學家萊尼澤（F. Reinitzer，1857～1927，奧地利）於 1888 年研究 苯

甲酸膽甾酯時，發現將此化合物在加熱至 145.5℃時開始熔解，但一直維持 混濁的狀態，直至加熱至 178.5℃時，突然成為透明的液體。

　 (2)物理學家雷曼（O. Lehmann，1855～1922，德國）以光學顯微鏡觀測 到此苯

甲酸膽甾酯的混濁狀態（加熱至 145.5～178.5℃間）是具有________性及 __________晶體的某些光學特性，乃稱此狀態為液晶相。

2.液晶的特性：

　 (1)液晶態分子間的排列具有________，但_______；即不像固態時有固定的形 狀，排列整齊，也不像液態時那樣雜亂無序，可以流動而無定形，而是介於 兩者之間。

　　　 固態　　　　　　 液晶態 液態 　　　　　　　

　 (2)當對液晶分子施加電壓時，液晶分子會隨______________作固定位向的排列，

進而改變其光學與電學的物理性質，當光線穿透這類分子時，其________出 的角度不同，我們便可以看到光線的明暗變化。

說明：液晶顯示器(LCD)即利用上述原理所製造。

3.液晶分子的結構：

　 (1)具有液晶性質的分子形狀有_______狀、________狀或_______狀。其中以柱 狀體較多，長度通常不超過_________奈米（3×10^－9 m）。

　 (2)較常見的液晶材料分子大都具有一長軸且不對稱的結構，通常由一連接基 Z 連接環形化合物 A 與環形化合物 B。

說明：上圖中

形成的液晶具有一定穩定作用，因此也是構成液晶分子不可缺少的結構因素。

【例題 2】

下列圖示中，何者最能表示出分子在未加電壓時，處於液晶的狀態？

(A) 　(B) 　(C) 　(D)

Ans: D

R：末端基（如：－R'、－OR'、－CN）

X：末端基（如：OR、R、CN、F）

Z：連接基（如：－C＝N－、－N＝N－）

A＆B：芳香環、飽和脂肪環或雜環

【例題 3】

目前運用於行人專用的號誌燈，是下列哪一項科技產物？　

(A)電漿顯示器　 (B)液晶顯示器　 (C)發光體二極體 　(D)氙氣燈

Ans: C

3、導電的聚乙炔 1.聚乙炔合成：

　 (1)科學家納他（Natta, 1903～1979，義大利）於 1958 年，利用戚格勒－

納他催化劑（Ziegler-Natta catalyst），將乙炔聚合而得聚乙炔。

說明：戚格勒－納他催化劑可由Al(C2H5)3與TiCl4混合製備（或由 Al(C2H5)2Cl 與 TiCl3混合而得）為不飽和碳－碳鍵聚合反應常用 的

催化劑。

　 　戚格勒（K. Ziegler，1898～1973，德國）與納他因致力於不飽和 碳－碳鍵的聚合反應中催化劑的研究，共同於1963 年獲得諾貝爾 化

學獎。

(2)日本筑波大學的白川英樹（1936～，日本）於 1974 年以 Al(C2H5)3與 Ti(O(CH2)3CH3)4在不同的溶劑下分別合成順式與反式的聚乙炔。有趣的是 順式聚乙炔呈銅色而反式聚乙炔是銀色，然而它們都不是導電性好的材料。

2.導電聚乙炔的形成：

　 (1)麥克迪耳米德（1927～2007，美國）及希格（1936～，美國）二位教授 的合作下，共同發現當將 _________摻雜於聚乙炔可使其導電度增加 109 倍。

　 (2)白川英樹、麥克迪耳米德及希格因發現有機導電聚合物而共同獲得 2000 年 的諾貝爾化學獎。

3.特性：

　 (1)這種聚乙炔的導體特性，著實地改變人們對塑膠為絕緣體的概念。近年來多 種具芳香環的有機導電聚合物相繼研發成功。

　 (2)由於這些有機導電聚合物具有質輕、強韌及可塑性的優點，這些材料所製造 出來的薄膜已用在液晶顯示器（LCD）、有機發光二極體（OLED）、有機太 陽能

電池、觸控面板的製造。

【例題 4】

在催化劑的存在下，將乙炔分子聚合而得的聚乙炔高分子，若經摻雜後，其導電度 可媲美金屬。回答下列問題：

(1) 此聚乙炔為加成聚合物或縮合聚合物？

(2) 畫出聚乙炔的結構式（需將 C 與 H 標出）

【例題 5】

乙炔的衍生物苯乙炔亦可形成具有導電性之聚苯乙炔，寫出苯乙炔的結構式。

四、奈米科技 1.何謂奈米：

奈米是長度的單位，1 奈米（nm）即等於____________米

說明：一個氫原子的直徑約為10^－10 m（或 1 Å），因此1 奈米大約是 10 個 氫原子排列在一起的長度。

2.奈米材料：

　 (1) 當一群原子或分子聚集在一起，且其長、寬或高至少有一個維度介於____

__

奈米的尺度時，此種原子集結形成的材料就稱為__________材料。

　 (2)一般傳統材料（大於 10000 奈米）稱為_____________。

3.奈米材料在結構上的形式：

　 (1)顆粒狀（_______）（0 D）奈米材料，即此奈米材料的長、寬、高三個維

度

用於_________太陽能電池（dye-sensitized solar cell，簡稱 DSSC）。

(7)奈米材料會因顆粒的形狀與尺寸的不同而有顏色的差異。

造碳六十，在炭灰中發現了多層結構的奈米碳管，隨後飯島也製造

　 　奈米碳管的硬度與__________相當，卻擁有良好的__________性，可以 拉伸。 器（carbon nanotube field emission display，簡稱 CNT-FED）。

【例題 7】

(A)立可白中的 TiO2尺度並非屬於奈米級　(B)立可白中的 TiO2濃度太高　

(E)奈米碳管可根據管壁層數的不同，分為單壁奈米碳管和多壁奈米碳管