奈米科技知多少 ?!

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

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。

奈米科技的定義 1

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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。

奈米的科技定義 2

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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。

奈米科技的定義 3

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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。

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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。

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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。

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奈米科技的發展史 1

1959 年 12月 29日，美國物理學家理查德‧費曼在美國物理學年

會上以《物質底層有大量空間》為題演講，他預言：未來的人 類，有可能「將單個原子作為建築構件，在最底層空間建造任

何物質」這是奈米科技最早的倡意。

１９５９

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。

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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」。

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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」。

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目前奈米材料之應用 1１ . 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。

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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。

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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

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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。

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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。

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目前奈米材料之應用 6４ . 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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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

參考資料

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