奈米科技知多少 ?!

1. 奈米科技知多少?!

2. 目錄 奈米科技的定義 P.1 ~P. 6 奈米科技的發展P.7~P.9 目前奈米材料之應用P.10~P.15 奈米的應用P.16~P.21 奈米科技的生活P.22 參考資料P.23

3. 奈米科技的定義1 奈米科技乃根據物質在奈米尺寸下之特殊物理、化學和物性質或現象，有效地將原子或分子組合成新的奈米結構；並以其為基礎，設計、製作、組裝成新材料、器件或系統，產生全新的功能，並加以利用的知識和技藝。有別於傳統由大縮小的製程，奈米科技乃由小作大。 P.1

4. 奈米的科技定義2 奈米科技（nanotechnology）包含量測、模擬、操控、精密安放和創製小於100奈米級的物質。操縱數個至數十個，最多一至二百個原子之科學。奈米技術之各項研究領域，並不局限在某一單一研究領域上，只要研究標的為奈米級之事務，均屬於奈米技術之範疇。 P.2

5. 奈米科技的定義3 奈米科技簡單地說是經由奈米尺度下對物質的控制，以創造及利用材料、結構、裝置或系統。奈米結構是藉由原子、分子、超分子等級的操控能力以產生具有新分子組織的較大結構，這些結構具有新穎的物理、化學和生物的特性與現象。奈米科技的目標是去探討這些特性與現象，且有效地製造並利用這些結構。 P.3

6. 奈米科技的定義4 奈米科技實際上並無統一的定義，一般說法係指物質在奈米尺寸下呈現出有別於巨觀尺度下的物理、化學或生物特性與現象。所謂奈米科技便是運用這方面的知識，在奈米尺寸等級的微小世界中操作、控制原子或分子組合成新的奈米尺度結構（奈米材料），以便展現新的機能與特性。以此為基礎，設計、製作、組裝成新的材料、器具或系統，使之產生全新功能，並加以利用的技術總稱。奈米科技的最終目標是依照需求，透過控制原子、分子在奈米尺度上表現出來的嶄新特性，加以組合並製造出具有特定功能的產品。 P.4

7. 奈米科技的定義5 微米（μm） 與奈米（nanometer,nm）都是度量衡單位，1μm = 10 -6m，1nm=10 -9m。而材料尺度由微米到奈米所代表的意義並不只是尺寸的縮小，同時，新而獨特的物質特性亦隨之出現。在奈米的領域下（1~100nm），許多物質的現象都將改變，例如質量變輕、表面積增高、表面曲度變大、熱導度或導電性也明顯變高等，因此也就衍生了許多新的應用。奈米科技便是用各種方式將材料、成份、介面結構等控制在1~100 nm的大小，並改變其操控，觀測隨之而來的物理、化學與生物性質等的變化，以應用於產業。 P.5

8. 奈米科技的定義6 奈米效應與現象長久以來即存在於自然界中，並非全然是科技產物，例如：蜜蜂體內因存在磁性的「奈米」粒子而具有羅盤的作用，可以為蜜蜂的活動導航；蓮花之出汙泥而不染亦為一例，水滴滴在蓮花葉片上，形成晶瑩剔透的圓形水珠，而不會攤平在葉片上的現象，即是蓮花葉片表面的「奈米」結構所造成。因表面不沾水滴，污垢自然隨著水滴從表面滑落，此奈米結構所造成的蓮花效應（Lotus Effect），已被開發並商品化為環保塗料。 P.6

9. 奈米科技的發展史1 １９５９ 1959年12月29日，美國物理學家理查德‧費曼在美國物理學年 類，有可能「將單個原子作為建築構件，在最底層空間建造任 會上以《物質底層有大量空間》為題演講，他預言：未來的人 何物質」這是奈米科技最早的倡意。 １９８２ 自1982年「掃描隧道顯微鏡」 發明後，便誕生了「0.1至100 奈米」長度為研究分子的技 術，即「奈米技術」。 它的最終目標是直接以「原子 」或「分子」來構建具有特定 功能的材料和產品，在某些性 能上產生截然不同的變化，從 而運用在訊息、交通、醫藥， 食品、美容、紡織、環保等諸 多領域。 P.7

10. 奈米科技的發展史2 １９８４ 1984年具有「自淨」功能的奈米粉體在德國研製成功，科學家 們意識到，奈米技術必然會引發一場全新的「環保革命」。 １９８８ 1988年奈米材料的「巨磁電阻效應」在法國被發現，奈米技術 必將會引發一場全新的「微電子革命」。 １９９０ 1990年美國貝爾實驗室推出驚世傑作：「一個只有跳蚤般大小 但五臟俱全的奈米機器人」，而奈米技術將會引發一場全新的 「工業革命」。 １９９２ 1992年日本開始著手研製進入人體血管進行手術的「微型機械 人」，奈米技術必將會引發一場全新的「醫學革命」。 １９９４ 1994年美國開始著手研製「麻雀衛 星」、「蚊子導彈」 、「蒼蠅 飛機 」、「螞蟻士兵」，奈米技術必將 會引發一場全新的 「軍 事革命」。 P.8

11. 奈米科技的發展史3 １９９６ 1996年具有「高可見光透射率」和「強紅外線反射性質」的「 奈米膜」在美國研製成功，奈米技術必將會引發一場全新的「 能源革命」。 ２００１ 2001年中國大陸將維生素Ｅ經「奈米改性」後，成功推出奈米 保養護膚產品，奈米技術必將會引發一場全新的「美容革命」 同年科學家將元素硒「零價化」後，大幅降低毒性反應，利於 大量使用，且更進一步將硒「奈米化」，奈米硒可穿透人體組 織，讓細胞直接吸收利用，奈米技術必將會引發一場全新的「 生命革命」。 P.9

12. 目前奈米材料之應用1 １. 量子電腦：它是不同於現在的電腦，它的運算位元實際體積比現在電腦縮小許多，事實上運算位元將用原子來取代，所以它的位元運算方式將以量子效應為機制，故量子電腦的微處理器的速度與能力將大幅提高，在平行計算上能夠連行多組的運算。量子電腦的運算位元也仍是以０和１來表示，不同的是，此時的０代表處於能量為「基本狀態」的原子，１則處於能量為「激發狀態」的原子來作為位元運算的機制。可以利用雷射光來照射原子，做為量子電腦寫入或讀取資訊方面的能力。但由量子力學得知，原子的電子運動是「波」動為，「波」是具有疊加的性質，可以將０和１兩種狀態同時並存，這使得量子電腦的量子位具有高度的複雜性，但這項特性能讓量子電腦的平行計算能力速度以指數倍增加。 P.10

13. 目前奈米材料之應用2 ２. 生物醫學技術：又可分成下例三大方面 (1)愛滋病的新剋星：近來發現碳六十的足球狀化學結構方式，恰可使碳六十能夠快速地與愛滋病的病毒（HIV）結合，而將愛滋病毒的毒性減低，故其可利用碳六十製成藥物來防止它的擴散，此外，利用巴克球中空的構造來攜帶藥物的「超小型膠囊」發明，當人們吃下它時，它不會被人類的胃酸腐蝕，亦不會被免疫系統當作入侵體內的異物而遭吞噬掉，使它所帶藥物能到達患病處，破壞病毒體內的基因蛋白機制，最重要的是，由於奈米顆粒小於一般生物體內的細胞，因此可以利用其容易穿透細胞膜的特性，製成各式抗體藥物，在腫瘤初期血液中檢查出癌細胞，以提早治療。 P.11

14. 目前奈米材料之應用3 (2) 生物分子推進器：其分為三部分，以鎳為軸，以FI-腺嘌呤核甘三磷酸合成酵素為馬達和螺旋槳。生物分子推進器對未來醫學上的第一項優點是免開刀：可直接到達病人的患部作治療，免於傳統開刀破壞人體。第二項優點是免吃藥：藥物直接用於病處，將藥刀局限於患部，或針對人體內病變的壞細胞加以推毀，不損壞好的細胞，不像以往的癌細胞放射線治療。第三個優點是專人醫師：生物分子推進器使用酵素為燃料，可取之於人體，用之於人體內 P.12

15. 目前奈米材料之應用4 (3) 生物晶片：是目前很熱門的奈米生物科技研究題材。其製成方式是與半導體晶片的製成方式相似，但生物晶片是以生物材料為樣品。藉半導體製成技術與顯微鏡技術，在矽晶片上將數百、數萬個DNA植入或利用DNA為探測器，如同合成數百、數萬個核甘酸探測器，可用來從事臨床醫療或檢驗等。此外，奈米科技可製造具有生物活性的人造蛋白質、核糖核甘酸等。現在此科技已能將動物的基因植入植物中，以創造出相同品種卻不同特性的植物，以期達到經濟之目的。 P.13

16. 目前奈米材料之應用5 ３. 國防安全與航太、航空：由於奈米顆粒極小，對電磁波具有強烈的吸收率，這在於軍事國防上可是一大應用。利用奈米科技做成的奈米塗料塗於飛機機身上，奈米顆粒可吸收紅外線和雷達所發出的電磁波，因此雷達和紅外線偵測器偵測不到飛行於空中的飛機，如同隱形一般。奈米塗料的另一功能為防污能力，因為奈米顆粒的表面作用力強，易與同性質顆粒作用，不易與不同性質物質作用，故奈米塗料的表面不染飛塵長保清潔，奈米表面的蓮花效應技術，可使武器裝備更加地耐腐蝕、吸震波。奈米科技應用在航太方面，不僅是減輕負擔，更重要的是有加強防護作用，如將機體表面奈化，可使機體表面同樣因蓮花效應而更加抗熱、抗磨損、及抗宇宙射線，散熱性提高等。 P.14

17. 目前奈米材料之應用6 ４. 綜合應用：奈米技術也已應用在光碟片（CD）的製作上，光碟片是以人造點陣來儲存記憶資料，光碟片上每個儲存點大小為五百奈米，每片光碟儲存容量約為六百四十萬個儲存點，電腦術語為６４０－MB，而DVD光碟片的儲存容量是一般光碟片的八至十六倍，約四十七億個儲存點至八十五億個儲存點；奈米材料的製作主要集中在顆粒奈米化，形成奈米晶體、奈米非晶體等，以及由它們組成的薄膜，或將絲、管、和微孔都奈米化。如目前日本出現許多抗菌的日常用品，就是將抗菌物質進行奈米化處理，在生產過程中添加進去；奈米化的電池材料，則可用很小的體積容納很大的能量，且轉換的效率更高。用奈米碳管做成的電池，比傳統電池持久一倍，重量卻只有一半而已。綜合看來，奈米科技產業將是綠色能源和環境保護發展的主要戰將，因為奈米科技產業可以減少污染、減少能源浪費，進而保護自然環境，實是一既環保又可改變未來的科技。 P.15

18. 奈米的用途----食 1. 食: 大陸的葵花籽包裝、歐洲的啤酒瓶、美國的果汁瓶，在食品包裝上添加了奈米顆粒，延長保存期限。食品保存最怕氧氣，容易孳生細菌。在塑膠袋（聚乙烯）、保特瓶（聚酯纖維）等高分子聚合物中添加奈米顆粒，可以增加分子間的緻密程度，使得氧氣不易進出，提高阻擋氧氣的能力。 酒也會因為奈米技術而變得更好喝。傳統醱酵製酒過程中，除了會產出乙醇和芳香的酯類，還有些許的甲醇、醛類。酒經過奈米對撞機處理，在極高的頻率下振動，把醛類、甲醇全部氧化成酯類，增加酒香。 . P.16

19. 奈米的用途----衣 2.衣: 大陸中國科學院研發的奈米領帶，大陸領導人江澤民、美國總統布希都是愛用者。不只是領帶，Lee和Nanotex公司在今年合作推出了奈米卡其褲。這些奈米衣料最大的好處就是不怕髒，不易沾上咖啡、油滴等污漬。在衣料纖維表面塗覆疏水性的奈米顆粒，普通幾毫米大的液滴即使滴在衣料上，液滴和奈米顆粒的接觸面積僅佔了 1.6％，其餘則和空氣接觸，只要輕輕一撣，液滴就掉下來。未來若能把衣料塗上能夠吸收紅外線或者抗UV的奈米顆粒，就可製作出能保暖、防曬的衣物。 P.17

20. 奈米的用途----住 3.住： 在陶瓷表面覆蓋具有抗菌能力的奈米微細釉藥，製造出不沾污垢、抗菌的一系列衛浴設備，像和成牌今年推出的抗菌馬桶，即是一例。不只是室內，日本高速公路圍牆在表面塗上TiO2光觸媒的奈米顆粒，有效分解空氣中的硝化物、硫化物，使建材外觀如新亮麗，並能減少空氣污染。 因為汽、機車排放的廢氣含有硝化物、硫化物，它們不但造成空氣污染，遇水還會變成酸性物質，腐蝕建材。 歐洲也將此項奈米技術應用於古蹟維護，希望歷經幾世紀風吹雨打的大教堂、戶外雕塑、壁畫等藝術品，能夠減緩被酸雨侵蝕的速度，延長壽命。 P.18

21. 奈米的用途----行 4.行： 未來汽車、飛機的重量會更輕，更省電，也更環保。德國汽車正研發新型擋風玻璃，以奈米級的玻璃顆粒混上塑膠，重量不但大大減輕，而且不沾雨絲，不易附著污垢。 汽車的汽缸若是使用奈米材料，碳氫化合物等氣體不易逸散出去，減少廢氣排放量。如果，車身塗上奈米粉體，由於奈米顆粒結合緊密，一點也不用擔心車身會留下刮痕。 滿街跑的是太陽能電動汽車，或者人人手上拿的是可待機數百小時的行動電話，也會因奈米技術成真。因為在電池添加了奈米級鋰顆粒，能夠大幅延長供電時間，縮短充電時間，會是未來電池的主流。 P.19

22. 奈米科技與生活 在探討奈米科技之前，必須先對科學上長度的單位有所瞭解，表一簡單說明各長度單位的界定及其具適當代表性之物體。由表一可知，奈米可不是蓬萊米或在來米等穀類，它是長度的一個單位，約莫為三個氮原子串聯起來的長度。以實物來舉例，倘若我們將一公尺比喻為地球之直徑，則一奈米的長度約莫為一個玻璃彈珠之直徑大小。究竟奈米科技是什麼呢？奈米科技實乃奈米尺寸下之科學與技術，一般多數科學家對奈米科技的定義是，在 1–100 奈米尺寸等級的微小世界裡，研究、量測、操控或製造原子、分子或聚合物之基本性質或結構，並進一步將此特性加以應用之科學與技術之總稱。它是跨領域的高度密集結合，所涉及之領域相當廣泛，舉凡物理、化學、生物、材料及工程等方面皆與奈米科技有很深的關連性，因此之故，其應用層面也極為多元而廣泛，對人類日常生活之影響極具震撼力。 P.20

23. 參考資料 網站參考 http://tw.yahoo.com/ http://www.google.com.tw/ http://www.msn.com/ http://www.yam.com/ 參考圖片網址 http://www.techvantage.com.tw/../content/008/008152.asp http://entry.hit.edu.tw/~d904087/new_page_3.htm http://www.ezit.com.cn/art/1827/20050413/237441_1.html http://140.124.30.2/srg/html/equipment.htm http://www.pitotech.com.tw/c/news-p18-2_1.htm http://www.cc.ntut.edu.tw/~wwwemo/english.htm http://www.bst.ntu.edu.tw/department/tour.htm http://www.cgb.com.tw/j2j0/cus/cus1/pdt/pdt_pdt_dtl_FC13.jsp?pdid=FC13 http://tech.sina.com.cn/h/2005-09-22/1728727086.shtml http://www.zgcsc.com/pc/zgcsj/200211080511-X.htm http://www.gb.tomshardware.com/article_000008206.html P.21