高考申論題
109年
[材料工程] 材料科學與工程
第 四 題
請估計一奈米（nm）大約等於多少個連續排列的氧原子？奈米級的矽，其導電性為何？什麼是石墨烯？可以穿過一片無缺陷的單層石墨烯的最大原子為何？（20分）
📝 此題為申論題
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面對此綜合題型，考生應逐一拆解四個子題：首先，利用氧原子半徑（或直徑）進行 1 nm 的空間尺度估算；其次，需聯想尺寸縮小至奈米級別時的「量子侷限效應（Quantum Confinement Effect）」，推導矽能隙變化對導電性的影響；第三，精確描述石墨烯的化學鍵結（sp2混成）與微觀晶格幾何；最後，從碳原子電子雲重疊造成高位壘的角度，解釋石墨烯對所有原子的不可穿透性。
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【破題】 本題考查微觀尺度的基本空間概念、奈米尺度下的量子侷限效應對半導體性質之影響，以及二維奈米材料（石墨烯）之晶體結構與物理阻擋特性。 【論述】
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