二十一世紀天上掉下來的禮物－奈米科技

文◎編輯部

什麼是奈米

奈米和米、毫米、微米都是指長度計量的單位，一毫米 是10^-3公尺，一微米是10^-3毫米，一奈米就是 10^-3微米，經過換算我們可以得知一奈米就等於 10^-9米，奈米科技就是在1奈米到100奈米的尺度中，研 究物質的特性與其相互之間的作用，並進一步將其特性加以 應用之科學與技術。在奈米的世界中，物質的性質是呈現介 觀的現象，在介觀的尺度下，電子、光子、聲子自身與彼此 交互作用，所形成的材料、元件及系統就會展現出全然不同 的物理、化學及生物特性。奈米技術主要目標即是藉由掌握 原子、分子或巨分子尺度的結構或裝置來探索這些特性並有 效率的製造或使用這些裝置，故奈米技術為創造新材料提供 新的方法。這些新材料不僅更新、更強、更具彈性，而且材 料本身更具相容性且多功能與智慧化，因此奈米技術的運用，就突破了現今科學無法突 破的瓶頸。

奈米科技的發展與應用

奈米科技的領域相當廣泛，不過就發展及運用類型加以區分的話，分為下列主要三 種類型：

奈米元件，所謂奈米原件，就是指以分子、原子為基礎，製造特殊功能的微小原 件，而製造奈米級元件的方法有兩種，一種是將較大的元件 不斷分割、縮小而成我們所需要的大小，另一種則是用最小 的分子，不斷的拼裝，組成我們想要的元件。

奈米材料，所謂奈米材料泛指粒子尺寸大小在1奈米到 100奈米範圍內的材料，概稱為奈米材料。奈米材料多半是由 物理、化學這些基礎科學所發展出來的，且研究方向偏向其 實際運用時之化學、光學與機械等特殊性質，當材料小到奈 米程度時，就會產生表面效應、小尺寸效應以及量子效應等，進而導致了材料在性質上 的變化。

奈米檢測技術，為了要觀察奈米元件與材料的結構與性 質，因此研究人員必須建立許多的奈米檢測技術，以進一步 研究各種奈米結構的力、光、電、磁等性質。

神奇的奈米碳管

說到奈米科技的運用，就不得不提奈米碳管的誕生，奈 米碳管就是引爆奈米科技蓬勃發展的新世紀材料。什麼是奈 米碳管？最早發現奈米碳管是在1991年，日本科學家飯島澄 男在合成碳六十分子時，發現奈米碳管與石墨、木炭或鑽石 同樣為碳所組成，但其最大的不同在於碳原子排列方式，組 成了奈米尺寸大小的微小管柱，此管柱就是奈米碳管。深入研究後發現奈米碳管具有良 好的導電性、導熱性、化學穩定度高、強度高而且又具有韌 性，科學家們另外還發現如果將奈米碳管和其他的材料混合 的話，可以形成強度更好的複合材料。由於其導電性佳，科 學家們正在研發運用奈米碳管製造超小型的電晶體，或是用 來發展更輕、更薄的顯示器，也由於奈米碳管導電性良好的 特點，還可以製成使用壽命比現有最強電池還要長好幾倍的 微型電池，讓筆記型電腦可連續使用24小時，或是讓手機的 待機時間長達3個月以上。

奈米碳管在機械性質上又能表現出極佳的強度，以不鏽 鋼來作比較的話，奈米碳管的強度至少是不鏽鋼的一百倍。 而且奇妙的是，偏偏它彈性又很好，即使彎曲到九十度以上 也不會折斷，所以奈米碳管不僅可以利用於光電資訊業，金 屬工業也可應用奈米碳管來發展新一代的金屬。

奈米醫藥技術

在生物科技方面，奈米科技也提供了相當大的幫助，利 用奈米裝置與奈米結構，在分子層次上掌控、修復、建構生 物體的奈米醫藥技術，也算是奈米生技的重要領域之一，隨 著奈米技術的進步，可能使目前的醫療技術獲得突破，而為 醫療領域帶來革命性的影響。奈米科技可以製造微小精密的 儀器，利用這些儀器深入人體，直接治療受損部位，不用再大費周章地進行開刀、放射 線治療，避免原本健康的細胞受到傷害，而效果更勝以往。 科學家也可以利用奈米科技控制生物體，觀察哪些蛋白質與 染色體疾病有關，對了解身體組成的構造，改變基因組合， 有著更有利的幫助。

傳統產業中的奈米科技

奈米科技不僅能讓資訊、光電、生醫等高科技產業有更 深一層的突破，更可以讓傳統產業看到希望，例如在布料上 塗上奈米塗料，不僅能防水，排汗的效果更勝現今人工布料；將含有奈米級遠紅外線的 分子材料與成衣布料結合，能生產出更輕更保暖的衣物﹔橡 膠混入奈米微粒，讓輪胎能堅硬不易被刺破，更經得起因高 速所產生的熱能考驗；房屋外牆塗上加入奈米微粒的油漆後，就能讓牆壁如同荷葉一 般，只要下雨就能將灰塵趕走。簡而言之，奈米科技不但可以運用於高科技產業，當傳 統產業像：人纖、塑膠、塗料、建材、金屬等結合了奈米科技，可以製造出全新價值的 產品，也可為產業創造轉型的契機。

第四次工業革命的火車頭

雖然要將奈米科技產品實用化的路途還是非常遙遠，不 過世界各國的廠商仍將較為成熟的的奈米科技加以實用化， 使得奈米科技正逐漸滲透到日常生活中，在美國，甚至有開 始量產的奈米產品，如以奈米布料、地毯造成轟動的Nano- Tex公司，以及第一家在那斯達克掛牌上市的奈米公司Nanophase 。

台灣的奈米技術雖然起步較晚，但並沒有落後先進國家 太多，許多政府機構，大學紛紛成立奈米研究中心，開辦有 關奈米的課程，未來相信相關課程也會越來越多，對奈米有 興趣的朋友，其實都可報名參加，更進一步地了解其中的奧 妙與知識。

從奈米科技可以橫跨半導體、光電、能源、醫療及傳統 工業的應用來看，奈米科技確實有繼資訊革命之後，引爆第 四次工業革命的實力。