國立臺灣師範大學

國國國國國國國國

葉名倉

國國國國 2008國國國國

98 國國國國國國國國

基礎化學95 國國

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國國國國國國國國國國 ( 國 ) 國國國國國國國國國國國國國國

( 國 ) 國國國國國國國國國國國國國國國國

( 國 ) 國國國國國國國國國國國國國

國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國92 國 95 國國國國

98 國國


國國國國

國國國國國國國 1. 國國國國

2. 國國國國國

國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國

基礎化學主題主要內容應修內容說明

生活中的物質

一、食品與化學

二、衣料與化學

三、材料與化學

四、藥物與化學

‧醣與蛋白質的成分與營業價值。‧茶與咖啡的成分與對人體的影響。‧植物纖維、動物纖維及合成纖維等衣料。‧肥皂與清潔劑所涉及的化學成分及去污原理與其對環境的影響。●日常用品之製備（合成反應）。‧常用塑膠、玻璃、陶瓷與磚瓦的成分、性質及其應用實例。‧介紹常用胃藥、消炎劑及止痛劑‧認識香煙、大麻、安非他命及海洛因。

( 一 ) 介紹醣與蛋白質的成分與營養價值。 ( 二 ) 介紹茶與咖啡的成分與對人體的影響。 ( 一 ) 常見衣料成分及其特性。 ( 二 ) 肥皂與清潔劑及其所造成的污染問題。介紹塑膠、玻璃、陶瓷與磚瓦的成分、性質及其在日常生活中的應用。 ( 一 ) 介紹常用藥物 ( 二 ) 毒品的認識

※98 課綱無『生活中物質』章節

95 暫綱 - 高二物質科學化學篇國國國國國國國國國國國國

國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國

‧Ⅳ 國國國國國—國—國國國國

‧ 國國國—國國國國國國國—國國國國國國國國國國

( 國 ) 國國國國國國國—國國國國國國國國國

國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國

國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國


國國國國國國國

1 烷、烯、炔與環烷2 異構物3 有機化合物的命名4 芳香族化合物5 官能基與常見的有機化

合物

烷、烯、炔、環烷與其結構結構異構物幾何異構物簡易 IUPAC系統命名法苯、甲苯、萘醇、醚、醛、酮、酸、酯、胺與醯胺的官能基常見有機化合物的基本性質與用途

不超過六個碳，環烷取代基以甲基為限且不超過兩個介紹基本物性、組成或以最簡單的化合物範例用圖像建立 3D立體結構概念，

不涉及製備與反應

1 醣類2 蛋白質3 脂肪4 核苷酸

單醣、雙醣、多醣胺基酸及其結構蛋白質三酸甘油酯核苷酸及核酸

不涉及複雜結構的細節

國國國國國國國國國國國國國國國

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國國國國國國國國國國國國國國國國國國國

98 課綱 - 基礎化學篇（二）

95 暫綱 - 選修化學國國國國國國國國國國國國

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國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國—國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國

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國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國—國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國

98 課綱 - 選修化學國國國國國國國國國國國國

國國國國國

國國國國國國國 1 國國國國國國國國2 國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國

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※ 國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國

98 課綱 - 選修化學國國國國國國國國國國國國

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國

98 課綱 - 選修化學實驗國國國國國國國國

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國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國 IV 國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國

國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國國

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同分異構物分類醣 - 單醣、雙醣、多醣蛋白質核酸導電聚乙炔、液晶、半導體

介紹

同分異構物分類

同分異構物的定義同分異構物，通常簡稱異構物。

化合物其分子式相同、但結構式或空間排列不同，稱為異構物。

AgNCO （異氰酸銀）：性質安定AgONC （雷酸銀）：具爆炸性

乙醇（ C2H5OH ） & 甲醚（ CH3OCH3）

同分異構物分類

同分異構物

結構異構物立體異構物

非鏡像異構物鏡像異構物

幾何異構物組態及形態非鏡像異構物

isomers

structural isomers

stereoisomers

diasteremers

enantiomers

Geometric isomers configuration and conformational isomers

結構異構物同分異構物



幾何異構物組態非鏡像異構物

結構異構物正戊烷、異戊烷、新戊烷（分子式： C5H12）

正戊烷異戊烷新戊烷

鏈異構物

結構異構物1- 氯丙烷、 2- 氯丙烷（分子式： C3H7Cl ）

Cl

1- 氯丙烷

Cl

2- 氯丙烷

位置異構物

H3C

O

OH

H

O

O

CH3

乙酸甲酸甲酯

官能基異構物

離子異構物

Ionic isomers

配位異構物

Coordination isomers

聯結異構物

Linkage isomers

水合異構物

Hydrate isomers

有機金屬錯合物中的結構異構物

離子異構物

水合異構物

聯結異構物

Coordination isomers

[Co(NH3)6][Cr(CN)6] & [Co(CN)6][Cr(NH3)6]

[Ni(C2H4)3][Co(SCN)4] & [Ni(SCN)4][Co(C2H4)3]

one isomer [Co(NH3)6] [Cr(C2O4)3]

another isomer [Co(C2O4)3] [Cr(NH3)6]

配位異構物

立體異構物同分異構物




鏡像異構物同分異構物




鏡像異構物L-(+)-(S)- 乳酸、 D-(-)-(R)- 乳酸

（分子式： C3H6O3）

COOH

HHO

H3C

L-(+)-(S)- 乳酸

COOH

H OHCH3

D-(-)-(R)- 乳酸

COOH

H

HO

H3C

L-(+)-(S)-乳酸 D-(-)-(R)-乳酸

COOH

HOH

CH3

H OH

COOH

CH3

HO H

COOH

CH3

鏡像異構物L-(+)-(S)- 國國國 D-(-)-(R)- 國國

國國國國國 C3H6O3 國

國國國國國國國國國國OH 國國國國 H 國國國

D-Form

同分異構物




幾何異構物同分異構物




幾何異構物「幾何異構物」又稱為「順反異構物」順 -1,2- 二氯乙烯、反 -1,2- 二氯乙烯

（分子式： C2H2Cl2）

H

Cl Cl

H

順 -1,2- 二氯乙烯

Cl

H Cl

H

反 -1,2- 二氯乙烯

Cl Br

FH

Cl F

BrH

large

small small

large large

large

small

small

Z-Form E-Form

zussamen

幾何異構物

幾何異構物順 -1,2- 二甲基環己烷、反 -1,2- 二甲基環己烷

（分子式： C8H16）

H

H

H

HCH3

HH

CH3

HH

H H

順 -1,2- 二甲基環己烷

H

H

H

HH

CH3H

CH3

HH

H H

反 -1,2- 二甲基環己烷

幾何異構物

非鏡像異構物

同分異構物




其他非鏡像異構物Diastereomers

異構物中，非光學異構物者，且具有 2 個或更多不對稱中心者，均稱為非鏡像異構物。

(2R,3S)-tartaric acid

COOH

COOH

H OH

H OH非鏡像異構物

國國國

鏡像異構物

COOH

H OH

COOH

H Cl

COOH

HO H

COOH

Cl H

COOH

HO H

COOH

H Cl

COOH

H OH

COOH

Cl H

國 2S,3S 國國 2R,3R 國

國 2R,3S 國國 2S,3R 國

組態非鏡像異構物組態非鏡像異構物

鏡像異構物

HO

HO OH

HO

EclipsedAnti- form - form

形態 ( 非鏡像 ) 異構物

單醣、雙醣、多醣

碳水化合物 , 醣醣類 (saccharide) ，又稱碳水化合物 (carbohydrate) ，是多羥基醛或多羥基酮及其縮聚物和某的總稱，由碳、氫與氧三種元素所組成。廣布自然界，碳水化合物（ carbohydrate ）名字的來由是生物化學家在先前發現醣類化合物的分子式都能寫成 Cn(H2O)m 。

單醣 (Monosaccharide)單醣含有酮 (ketone) 或醛 (aldehyde) 官能基。按照其所含的官能基不同，分為酮糖類和醛糖類。自然界中最重要分佈最廣的是含有五個和六個碳原子的糖。

glucose, a D-aldohexose

fructose, a D-ketohexose

=>

1

2

3

4

512

3

4

5

6

6

C-2 (R)

C-2 (R)

O

H

HO

H

HO

H

O

OHH

H

HO

H

OH

OH

H

HO

H

HO

H

O

OHH

H

HO

國國國

AgI Ag 0.80 v CuII CuI 0.16 v

C

R

O

H

Ag

OHC

R

O

H

Ag

OH

OH

I I

C

R

O

OH

國國 ( 國國 )

國國 (AgI 國國國國 )

Ag

葡萄醣的環形結構葡萄醣的環形結構由 -CHO 和碳五的 -OH

進行縮醛反應。

– D- Glucose– D- Glucose

All equtorial

果醣的環形結構果醣的環形結構由碳二的 C=O 和碳五的 -OH

進行縮醛反應。

D-fructofuranose

HO H

H OH

H OH

C

CH2OH

O

CHOH

OHH

H2O

HO H

H OH

H OH

C

CH2OH

OH

C OH

OH2

H

O H

HO H

H OH

H OH

C

CH2OH

OH

C

H

O

H

=>

非還原醣

雙醣 (Disaccharides)

由兩個單醣分子經縮合反應除去一分子水而成的醣。可分為兩類：還原醣和非還原醣。前者具有醛基，後者則無。蔗糖為典型的非還原醣，麥芽糖和乳糖則是還原性雙醣。

蔗糖 (Sucrose)一分子葡萄醣和一分子果醣經 1-2’ 連結形成蔗糖，為非還原醣。

非還原醣

麥芽糖 (Maltose)由二分子葡萄糖經由 1-4’連結形成麥芽糖。

還原醣

還原醣

乳糖 (Lactose)一分子半乳糖加上一分子葡萄糖經由 1-4’連結方式形成乳糖。

還原醣

纖維雙糖 (Cellobiose)

二分子葡萄糖由 1-4’連結形成纖維雙糖。還原醣。

龍膽二醣 (Gentiobiose)兩分子葡萄醣經由 1-6’連結形成龍膽二醣。

單醣類或雙醣類互相化合失去水分子後所構成之物質，例如：澱粉和纖維素含有大於 1000個葡萄糖單位。

均一多醣：常見的有澱粉、肝醣、纖維素等。

不均一多糖：由不同的單醣分子縮合而成的多醣。

多醣 (Polysaccharides)

澱粉 (Starch)

製造澱粉是植物貯存能量的一種方式。分子式(C6H10O5)n 。多個葡萄糖分子以 α-1 ， 4- 糖苷鍵首尾相連而成，在支鏈處為 α-1 ， 6 糖苷鍵。在空間呈螺旋狀結構。澱粉遇碘呈藍色。這並非是澱粉與碘發生了化學反應，而是澱粉螺旋中央電洞恰能容下碘分子，通過凡得瓦力，兩者形成一種藍色化學物。澱粉可分為：直鏈澱粉、支鏈澱粉。

直鏈澱粉容易水解，加熱膨化成為膠體溶液，粘度與滲透性不及支鏈澱粉，與碘作用形成深藍色。

支鏈澱粉不易水解，懸浮在水中，加熱則吸水膨脹，成為粘性很大的懸浮體，與碘作用生成藍紫色。

纖維素 (Cellulose)

葡萄糖的聚合物，常在植物體中發現。

肝醣 (glycogen)又稱作糖原，由葡萄糖脫水縮合而成。結構與支鏈澱粉相似，由 α-1 ， 4- 糖苷鍵和支鏈連接處的 α-1 ， 6- 糖苷鍵連接而成。與支鏈澱粉在結構上的主要區別在於，糖原的支鏈多大約 8~12個葡萄糖就有一個分支（支鏈澱粉一般是每隔24~30 個葡萄糖才有一個分支）且分支有 12~18個葡萄糖分子。肝醣遇碘液呈紅棕色。主要生物學功能是作為動物和細菌的能量儲存物質。人體主要儲存在肝臟和肌肉中。

肝醣 (glycogen)

幾丁質 (Chitin)甲殼素為真菌的細胞壁和節肢動物的外骨骼裡的主要組成部分。它是 N- 乙醯胺基葡萄糖多醣體，一同用 β-1,4模式（以相似的模式形成纖維素的葡萄糖單位），實際上甲殼素可能被描述成纖維素有一組氫氧根在一乙醯組替換的每單體上。這考慮到增加的在氫結合的聚合物之間，給這個聚合物增加強度。 .

幾丁質 (Chitin)Chitin (C8H13O5N)n (pronounced /ˈkaɪtən/)

幾丁質 (Chitin)

國國國

蛋白質

胺基酸

-NH2 接在酸基 (-COOH)旁的碳原子 .

Glycine (甘胺酸 ), NH2-CH2-COOH, 是最簡單的胺基酸 .

當 -R 為其他官能基 , 具有對掌性大部分天然的胺基酸為 L-胺基酸(+) or (-) 的旋光度由實驗測定之 . 各種胺基酸：支鍊各不相同，用於合成蛋白質的胺基酸主要有 22種。

Chapter 24 69

Stereochemistry of-Amino Acids

=>

R

H2N H

COOH

CH2Ph

R

國國國國

LL

蛋白質的結構胺基酸是蛋白質的基本構造單位


R = CH3 國國國

胺基酸分子之間以羧基和胺基化合形成化學鍵稱為胜鍵﹙ peptide bond﹚ ，許多個胺基酸連結成鏈狀，稱為胜鏈﹙ peptide﹚ 。

Aspartame

Aspartic acid Phenylalanine國國國國國國國國

國國

MonoSodium Glutamate MSG Glutamic acid

NH2

O

HO

O

OH

蛋白質胺基酸的生物聚合物利用肰腱連結胺基酸具多種功能性

結構酵素傳遞保護荷爾蒙

標準胺基酸20 種標準胺基酸 .

取決於支鍊的官能基 :

氫原子 (-H) 或烴基 (alkyl)

含有羥根 ( -OH)

含有硫含有非鹼性的氮原子酸基 ( -COOH)

鹼性氮原子http://juang.bst.ntu.edu.tw/BCbasics/Amino1.htm#1

蛋白質的分子結構一級結構：組成多肽鏈的線性胺基酸序列。

二級結構：依靠不同肽鍵的 C=O 和 N-H 基團間的氫鍵形成的穩定結構。

三級結構：由一條多肽鏈的不同胺基酸側鏈間的相互作用形成的穩定結構。

四級結構：由不同多肽鏈亞基間相互作用形成具有功能的蛋白質分子。

一級結構依靠轉錄過程中形成的共價鍵維持。通過蛋白質摺疊形成高一級結構。特定的多肽鏈可能有多於一個的穩定構型，每種構型都有自己特定的生物活性，其中只有一種具有天然活性。

一級結構

二級結構包括 α螺旋、 β摺疊。鄰近的氨基酸之間以氫鍵連結，使胜鏈有螺旋狀或鋸齒狀。加熱或酸鹼條件下會破壞此種結構，稱為蛋白質變

性。

二級結構

三級結構胜鏈上遠距的位置之間形成連結，而使分子的立體形狀更為複雜。有結構緊密的球蛋白，例如血紅素，或是纖維狀蛋白質如膠原蛋白。

三級結構

四級結構由多條胜鏈拼合而成，例如血紅素含有 4 條胜鏈。

四級結構

蛋白質的功能催化：蛋白質的一個重要功能就是作為生物催化劑，

催化各種合成或分解的生化反應，例如各種消化酵素。調劑：一些蛋白質對生物體內的新陳代謝具有調劑作

用。例如，胰島素。運輸：一些蛋白質具有運輸代謝物質的作用。例如，

離子通道 , 血紅素。儲存：種子中的大量蛋白質，就是用來萌發時的儲

備。

蛋白質的功能運動：例如肌蛋白。結構：比如毛髮，等等。抗體：由免疫細胞合成，具有專一性的辨識作用，可辨識外來物質並加以破壞清除。水份平衡：使血漿中蛋白質維持血液的滲透壓，若蛋白質不足會使水分滲出血管，則流入組織間隙，而造成水腫的症狀。

蛋白質的功能

蛋白質的營養作用蛋白質可以用來產生能量。是動物膳食的必需成份，

對成長和組織發育至關重要。蛋白質缺乏可以致病，例如疲勞，胰島素分泌失常，脫髮，肌肉重量減輕（蛋白質可以修復肌肉組織），體溫低，激素失調。嚴重的蛋白質缺乏將會致命。因為每種蛋白質的結構都不同，某些蛋白質會引起一些免疫系統的反應，許多人都對花生中的某種蛋白質，或者貝類或其他海鮮的蛋白質過敏

人體所需蛋白質之來源肉類：動物肌肉及結締組織 ( 例如，肌腱、筋、軟骨等 )

富含蛋白質。魚類。豆類：大豆之蛋白質含量達 35％～ 45％，較其他豆類

（如紅豆、綠豆等）多，且為主要農產品之一，所以大豆及其製品（如豆腐等）為素食者主要蛋白質來源之一。榖類：小麥含有豐富蛋白質，且為主要農產品之一，

所以小麥及其製品，為素食者主要蛋白質來源之一。乳及乳製品。蛋。蕈類。其他食物：大多數食品中皆含有含量不等之蛋白質。

核酸

核酸是細胞內的巨分子之一種，分成 DNA ( 去氧核糖核酸 ) 及 RNA ( 核糖核酸 ) 兩大類，是由核苷酸的小單位分子所組成。

核酸 (Nucleic acid)

核苷酸核苷酸包含三個部分：鹼基、五碳糖、磷酸。當核苷酸去掉磷酸時，稱為核苷。

磷酸

五碳糖

鹼基

鹼基鹼基分為嘌呤和嘧啶兩類：嘌呤有腺嘌呤及鳥糞嘌呤；嘧啶有胞嘧啶、胸腺嘧啶及尿嘧啶。

腺嘌呤 (A) 鳥糞嘌呤 (G)

胞嘧啶 (C) 胸腺嘧啶 (T) 尿嘧啶 (U)

核糖核酸 (RNA)

腺苷酸 (AMP)

尿苷酸 (UMP)

鳥糞苷酸 (GMP)

胞苷酸 (CMP)

去氧核糖核酸 (DNA)

腺苷酸 (dAMP)

胸腺苷酸 (dTMP)

鳥糞苷酸 (dGMP)

胞苷酸 (dCMP)

Chapter 23 95

Double Helix of DNA

• Two complementary polynucleotide chains are coiled into a helix.

• Described by Watson and Crick, 1953.

=>

國國國

國國國國

國國國國

國國國

鹼基配對DNA 為雙股螺旋結構，鹼基兩兩配對：腺嘌呤與胸腺嘧啶以兩個氫鍵鍵結；鳥糞嘌呤與胞嘧啶以三個氫鍵鍵結。

Chapter 23 100

DNA Replication

=>

導電聚乙炔、液晶、半導體

二○○○年諾貝爾化學獎得主，白川英樹教授（ Hideki Shirakawa ，圖中）、麥克戴阿密德教授（ Alan G. MacDiarmid ，圖左）、希格院長（ Alan J. Heeger ，圖右）。

聚乙炔最早是由一九六三年諾貝爾化學獎得獎人，義大利化學家納塔（ Giulio Natta ）在一九五八年製得不溶不融的粉末，當時並未引人注意。

一九六七年，一個偶然的情況，使白川英樹教授幸運地得到薄的皮膜狀聚乙炔。經再實驗，才發現原來觸媒的濃度，比平常的設定值高了一千倍，而且反而是聚乙炔的不溶性有助於皮膜的生成。後來，由掃描式電子顯微鏡觀察到，膜是一種纏絡的纖維狀物。

聚乙炔的發現

聚合

乙炔聚乙炔

I2

電荷傳遞

聚乙炔膜可以用溴和碘加以化學摻雜改質，因摻雜 1 ％的碘，使聚乙炔膜導電度較之未摻雜改質的聚乙炔膜導電度提升十億倍。這個現象的發現，開啟了導電性高分子的時代，也使化學和物理學兩領域產生了重大的進展。

導電性高分子可應用於鋁電解電容器、二次電池、柔軟型塑膠電晶體等，成為攜帶用電子機器不可缺少之物。另外，也可適用於自發光且高速、全彩色、柔軟大面積、價格有競爭性的顯示器、發光二極體、電磁波遮蔽效應、以帶電促進防蝕效應的元件等等；得到奈米級的積體電路，取代目前以矽為主的光電材料。

導電高分子

I I

II II2

I3

I2 I3

2 I3

Plastics that imitate metalsPlastics are polymers, molecules formed of many identical units bound to each other like pearls in a necklace. For a polymer to be electrically conductive it must "imitate" a metal – the electrons in the bonds must be freely mobile and not bound fast to the atoms. One condition for this is that the polymer consists of alternate single and double bonds, termed conjugated double bonds. Polyacetylene is the simplest possible conjugated polymer. It is obtained by polymerisation of acetylene, shown to the left.

A surprise with a silver lining...

At the beginning of the 1970s Shirakawa was studying the polymerisation of acetylene. In his reaction vessel polyacetylene appeared in the form of an unremarkable black powder. On one occasion a visiting researcher accidentally added one thousand times more catalyst than usual. Imagine the researchers' surprise when a beautiful silvery film formed on the surface of the liquid in the vessel. The obvious question was: "If the plastic film shines like a metal, can it conduct electricity, too?"

... and a Nobel medal in goldAlthough the polyacetylene film shone like silver, it was not an electrical conductor. Could it perhaps be modified in some way? In the mid-1970s the three Laureates began co-operating to investigate this and results were quick to come. When they caused the films to react with iodine vapour, the conductivity increased by as much as ten million times – a discovery that was eventually to give them a Nobel Prize in Chemistry.

Oxidation with iodine causes the electrons to be jerked out of the polymer, leaving "holes" in the form of positive charges that can move along the chain.

Doping raises molecule performance

By analogy with semiconductor technology one speaks of doping the polymer when it is subjected to oxidation with iodine vapour. The more electrons are removed, the higher the degree of doping and the greater the conductivity. While polyacetylene can be persuaded to conduct current as well as many metals do, this material is unfortunately no good for practical use. Its conductivity drops rapidly in contact with air. This has led to the development of more stable, conjugated polymers, e.g. polypyrrol, polyaniline and polytiophene.

Light-emitting diodes

Just now the most intensive development is aimed at conjugated polymers in their un-doped, semiconductive state. This is because it was discovered ten years ago that some conjugated polymers exhibit electro-luminescence, they glow when a voltages passes through them. Many applications are predicted for luminescent plastic. We shall soon be seeing the first practical use in light displays in mobile telephones and on information boards. In a few years flat TV screens in luminescent plastic may have become a reality.

Solar cellsThe process giving rise to electro-luminescence can also be "run backwards". Absorption of light creates positive and negative charges that are picked up by the electrodes, providing an electric current. This is the principle of the solar cell. The advantage of plastic is that large, flexible surfaces can be made relatively easily and cheaply. Solar cell plastic could be spread out over large areas and give us environmental friendly electricity in the not-too-distant future.

Typical Semiconducting Materials

Energy Band Diagram of a conductor, semiconductor, and insulator

(a) a conductor (b) a semiconductor (c) an insulator

Conjugated ( 共軛 ): alternatively double-single bonds

CHCH CHCHCHCH

CH

HC

CH

HC

CH

HC

CH

HC

CH

HC

CH

HC

CH

HC C

雙鍵單鍵

Delocalization of Charge Carriers in Polyacetylene

Localized! Charge cannot go anywhere!!!

Delocalized! Charge carriers can move around!!!

Delocalization and Transport of Charge Carriers

Polarons - doped carbon chainsIn the first of the above reactions, oxidation, the iodine molecule attracts an electron from the polyacetylene chain and becomes I3- . The polyacetylene molecule, now positively charged, is termed a radical cation, or polaron (fig. b below).

The lonely electron of the double bond, from which an electron was removed, can move easily. As a consequence, the double bond successively moves along the molecule. The positive charge, on the other hand, is fixed by electrostatic attraction to the iodide ion, which does not move so readily. If the polyacetylene chain is heavily oxidised, polarons condense pair-wise into so-called solitons. These solitons are then responsible, in complicated ways, for the transport of charges along the polymer chains, as well as from chain to chain on a macroscopic scale.

Brilliant applicationsMetal wires that conduct electricity can be made to light up when a strong enough current is passing – as we are reminded of every time we switch on a light bulb. Polymers can also be made to light up, but by another principle, namely electroluminescence, which is used in photodiodes. These photodiodes are, in principal, more energy saving and generate less heat than light bulbs.

In electroluminescence, light is emitted from a thin layer of the polymer when excited by an electrical field. In photodiodes inorganic semiconductors such as gallium phosphide are traditionally used, but now one can also use semiconductive polymers.

液態晶體 ( 簡稱液晶 ) 是處於結晶狀態與液體狀態之間的中間相 (mesophase) ，同時具有液體與固體之物理特性表現。西元 1888 年 F. Reinitzer 發現； 1989 年O.Lehmann觀察其光學特性。

F. Reinitzer O. Lehmann

液晶性質的發現


液晶於偏光顯微鏡下之影像

http://fy.chalmers.se/lc/engelska/gallery/gallery.html

各種類型液晶的排列

層狀 A 相液晶

(Smectic A)

層狀 C 相液晶

(Smectic C)

向列型液晶

(Nematic)

膽固醇型液晶

(Cholesteric)

向列型液晶

(Nematic)

膽固醇型液晶

(Cholesteric)

液晶外觀

液晶顯示器操作原理

偏極光通過

偏極光不通過

亮態

暗態

半導體係指一種導電性可受控制，範圍可從絕緣體至導體之間的材料。材料的導電性是由「傳導帶」（ conduction band ）中含有的電子數量決定。當電子從「價帶」（ valence band ）獲得能量而跳躍至「導電帶」時，電子就可以在帶間任意移動而導電。一般常見的金屬材料其導電帶與價電帶之間的「能隙」非常小，在室溫下電子很容易獲得能量而跳躍至導電帶而導電，而絕緣材料則因為能隙很大，電子很難跳躍至導電帶，所以無法導電。一般半導體材料的能隙約為 1~3 電子伏特，介於導體和絕緣體之間。因此只要給予適當條件的能量激發，或是改變其能隙之間距，此材料就能導電。

半導體原理

純半導體的電氣特性可以藉由加入雜質的過程而永久改變，這個過程通常稱為「摻雜」（ doping ）。依照摻雜所使用的雜質不同，摻雜後的半導體原子周圍可能會多出一個電子或一個電洞，而讓半導體材料的導電特性變得與原本不同。如果摻雜進入半導體的雜質濃度夠高，半導體也可能會表現出如同金屬導體般的電性。

當電子從傳導帶掉回價帶時，減少的能量可能會以光的形式釋放出來。這種過程是製造發光二極體（ light-emitting diode, LED ）以及半導體雷射（ semiconductor laser ）的基礎，在商業應用上都有舉足輕重的地位。而相反地，半導體也可以吸收光子，透過光電效應而激發出在價帶的電子，產生電訊號。這即是光探測器（ photodetector ）的來源，在光纖通訊（ fiber-optic communications ）或是太陽能電池（ solar cell ）的領域是最重要的元件。

半導體材料

單晶矽晶圓是由普通矽沙提煉，先經過溶解、提純、蒸餾一系列措施製成單晶矽棒，單晶矽棒經過拋光、切片之後，就成為了晶圓。晶圓是最常用的半導體材料，按其直徑分為 4英寸、 5英寸、 6英寸、 8英寸等規格 ,近來發展出 12英寸甚至更大規格。晶圓越大，同一圓片上可生產的 IC 就越多，可降低成本 ;但要求材料技術和生產技術更高。

N 型、 P 型半導體

N 型半導體 ( 自由電子 )

P 型半導體 ( 電洞 )

國立臺灣師範大學

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