奈米科技概念知識

本 節 就 奈 米 科 技 之 源 起 、 我 國 奈 米 科 技 之 發 展 、 奈 米 科 技 人 才 之 培 育 等 三 方 面 加 以 說 明 之 。

壹 、 奈 米 科 技 之 源 起

奈 米 科 技 在 近 年 間 迅 速 竄 起 ， 成 為 當 前 全 球 科 技 的 強 勢 新 潮 流 。 經 過 前 兩 個 世 紀 的 機 械 、 電 子 乃 至 於 資 訊 科 技 所 帶 來 的 工 業 革 命 ， 第 四 次 產 業 革 命 的 奈 米 時 代 已 然 來 臨 ， 且 其 涵 蓋 領 域 甚 廣 ， 潛 在 的 影 響 範 圍 遠 超 過 個 別 單 獨 領 域 ， 並 朝 向 全 面 整 合 的 態 勢 發 展 。 時 間 回 溯 到 一 九 五 九 年 十 二 月 二 十 九 日 ， 著 名 的 物 理 學 家 Richard P. Feynman 在 諾 貝 爾 物 理 獎 得 獎 的 演 說 ： 寬 廣 的 底 層 （There is plenty of room at the bottom）（ 葉 安 義 ， 2004）， 其 內 容 說 道 ：「 依 我 所 了 解 ， 物 理 學 的 原 理 並 不 排 除 進 行 一 個 原 子 、 一 個 原 子 地 操 控 事 物 的 可 能 性... 」（ 高 逢 時 ， 2005）。從 此，一 個 探 索 微 觀 的 巨 大 世 界 就 此 開 啟 － 奈 米 世 界 。

真 正 進 入 奈 米 世 界 的 里 程 碑，是 IBM 蘇 黎 世 實 驗 室 賓 尼 格 (Binnig)與 羅 爾 (Rohrer)兩 位 博 士 在 一 九 八 二 年 共 同 開 發 了 世 界 上 第 一 具 奈 米 表 面 分 析 儀 － 掃 描 穿 隧 式 顯 微 鏡 (scanning tunneling microscope， STM)。 該 儀 器 利 用 探 針 與 被 觀 測 樣 之 間

的 隧 道 電 流 變 化 ， 使 人 類 具 有 觀 察 原 子 層 級 微 粒 的 能 力 ， 甚 至 進 一 步 利 用 儀 器 的 探 針 與 被 觀 測 樣 之 間 的 作 用 力 ， 挪 移 原 子 或 分 子 ， 因 而 真 正 開 啟 了 奈 米 研 究 的 大 門 （ 高 逢 時 ，2005）。

時 至 今 日 ， 世 界 各 科 技 強 國 如 美 國 、 歐 盟 、 日 本 等 ， 莫 不 以 奈 米 科 技 的 發 展 為 當 務 之 急 而 積 極 投 入 研 發 工 作 。 國 際 間 真 正 在 奈 米 科 技 上 的 競 爭 進 入 白 熱 化 階 段，源 自 2000 年 一 月 美 國 前 總 統 柯 林 頓(Clintion Willian J.)於 理 工 重 鎮 加 州 理 工 學 院 所 宣 布 的「 國 家 型 奈 米 科 技 先 導 計 畫 」，此 計 畫 表 達 美 國 政 府 將 挹 注 鉅 額 研 發 經 費 在 奈 米 科 技 上 ， 以 宣 示 在 此 一 新 興 科 技 領 域 中 取 得 或 保 持 領 先 的 政 策 （ 馬 遠 榮 ，2002）。

受 到 政 策 的 激 勵 ， 奠 定 了 奈 米 科 技 研 究 與 發 展 的 基 礎 ， 之 後 世 界 各 國 競 相 投 入 大 筆 研 究 經 費 ， 隨 之 各 式 整 合 型 奈 米 研 究 計 畫 、 奈 米 研 究 中 心 、 奈 米 科 技 、 奈 米 學 程 、 奈 米 研 討 會 等 源 源 不 絕 的 呈 現 發 展 能 量。2002 年，美 國 政 府 等 投 入 近 六 億 美 元 的 研 究 經 費 ， 至 2003 年 則 增 加 為 近 七 億 美 元 ， 到 2005 年 的 預 算 已 投 入 約 十 億 美 元；歐 洲 以 德 國、英 國、法 國 等 國 投 入 較 多 ， 總 計 約 投 入 將 近 兩 億 美 元 的 研 究 經 費（ 葉 安 義，2004）。在 亞 洲 部 分 ， 以 日 本 投 入 6.5 億 美 元 最 多 居 首 ， 中 國 大 陸 投 入 2 億 美 元 居 次 ， 臺 灣 與 韓 國 同 樣 投 入 約 1.5 億 美 元 則 並 列 第 三 （ 葉 安 義 ，2007）。

依 據 美 國 國 家 科 學 基 金 會 （Nanotechnology at the National Science Foundation）主 持 人 Dr. Roco 的 估 計，西 元 2010 到 2015 年 間 ， 全 世 界 包 括 奈 米 材 料 、 奈 米 半 導 體 、 奈 米 醫 療 、 奈 米 化 工 、 奈 米 量 測 工 具 等 奈 米 技 術 相 關 的 市 場 商 機 ， 每 年 約 1 兆 美 元 ， 美 國 國 家 科 學 基 金 會 （National Science Foundation） 奈 米

科 技 小 組 更 推 估 ， 在 接 下 來 的 十 到 十 五 年 內 ， 奈 米 科 技 產 值 將 高 達 一 兆 美 元（ 吳 兆 棋、何 侑 倫，2006）。由 此 趨 勢 推 估，未 來 奈 米 科 技 的 前 瞻 性 和 重 要 性 ， 不 言 可 喻 。

貳 、 我 國 奈 米 科 技 之 發 展

奈 米 科 技 受 重 視 的 程 度 ， 可 從 其 被 視 為 繼 蒸 汽 機 、 內 燃 機 和 電 腦 之 後 第 四 波 的 產 業 革 命 主 流 可 見 一 般（ 孫 郁 興，2005）。

有 鑑 於 發 展 奈 米 科 技 的 重 要 性 與 急 迫 性 日 益 鮮 明 ， 國 科 會 於 2002 年 的「 中 華 民 國 科 學 技 術 年 鑑 」即 明 白 揭 示 奈 米 科 技 為 國 家 型 科 技 計 畫 的 主 要 發 展 領 域 之 一 （ 國 科 會 ，2002）。 隨 即 自 2003 年 起 開 始 規 劃 推 動「 奈 米 國 家 型 科 技 計 畫 」，共 有 三 大 類 ： 1. 屬 於 社 會 民 生 領 域 且 在 內 容 上 與 居 家 安 全、國 民 教 育、社 會 文 化 密 切 相 關 的 防 災、數 位 典 藏、數 位 學 習 等；2. 歸 為 生 物 醫 學 領 域 且 與 國 民 健 康 習 習 相 關 的 農 業 生 技 、 生 技 製 藥 、 基 因 體 醫 學 涉 及 前 瞻 分 子 生 物 技 術 等；3. 屬 於 產 業 經 濟 領 域 且 為 促 進 產 業 轉 型 之 重 要 關 鍵 如 電 信 、 晶 片 系 統 、 奈 米 三 者 ， 合 計 九 個 國 家 型 計 畫 同 時 執 行 中（ 汪 昱 普、長 昌 郎，2008）。政 府 積 極 推 動 奈 米 科 技 之 發 展 ， 不 外 乎 以 帶 動 臺 灣 產 業 轉 型 升 級 、 培 育 卓 越 奈 米 科 技 人 才 為 目 標 ， 意 圖 使 臺 灣 產 業 與 人 才 之 基 礎 獲 得 札 實 的 奠 基 ， 以 因 應 日 益 激 烈 的 全 球 競 爭 趨 勢 。

正 因 為 世 界 科 技 發 展 潮 流 的 趨 勢 ， 加 上 大 陸 磁 吸 效 應 的 作 用 ， 使 得 臺 灣 的 各 項 製 造 優 勢 漸 漸 流 失 ， 極 需 轉 型 高 創 新 科 技 領 域 發 展。為 了 整 合 臺 灣 奈 米 科 技 相 關 的 人 力 與 技 術 資 源，「 奈 米 國 家 型 科 技 計 畫 」分 成 四 項 計 畫 來 執 行：「 學 術 卓 越 研 究 」、「 產 業 化 技 術、「 人 才 培 育 」、「 核 心 設 施 建 置 及 分 享 運 用 」等；為 了 讓 臺 灣 成 為 奈 米 科 技 創 新 研 發 和 高 附 加 價 值 製 造 中 心 ， 乃 以 民

生 化 工、金 屬 機 電、電 子 資 訊、能 源 及 生 物 等 技 術 領 域 為 主 軸 ， 以 「 旗 艦 型 計 畫 」 串 連 其 基 礎 研 究 、 技 術 研 發 和 產 品 製 造 的 發 展 方 向 。 在 人 才 培 育 方 面 ， 更 藉 由 奈 米 科 技 來 引 領 臺 灣 知 識 經 濟 之 發 展 與 人 才 之 培 育 ， 從 而 建 立 臺 灣 下 一 波 產 業 之 國 家 競 爭 優 勢 （ 經 濟 部 ，2008）。

參 、 奈 米 科 技 人 才 之 培 育

教 育 是 紮 根 的 工 作 ， 我 們 為 了 要 在 國 際 舞 臺 與 其 他 國 家 競 爭 ， 必 須 以 藍 海 策 略 為 思 維 方 向 ， 創 造 新 的 發 展 空 間 ， 積 極 培 育 下 一 代 的 科 技 應 用 能 力 與 素 養 。 尤 其 高 職 學 生 處 於 職 業 教 育 的 養 成 訓 練 階 段，對 於 將 來 的 生 涯 規 劃，必 定 要 有 宏 觀 的 思 考，

才 能 夠 賦 予 新 價 值 的 創 造 。 因 此 ， 必 須 審 慎 地 規 劃 高 職 學 生 對 奈 米 科 技 概 念 知 識 的 認 知 教 育 ， 培 養 學 生 正 確 的 奈 米 科 技 概 念 知 識 之 素 養 ， 同 時 進 行 創 造 力 啟 發 教 學 ， 才 能 夠 在 未 來 透 過 創 造 力 迎 接 新 科 技 的 挑 戰，展 現 優 勢 的 競 爭 力。縱 觀 教 育 部 K-12 計 畫 、 國 科 會 的 高 瞻 計 畫 等 推 動 奈 米 科 技 科 普 計 畫 ， 皆 未 針 對 高 職 各 類 科 專 業 科 目 單 元 建 立 與 奈 米 科 技 概 念 知 識 與 創 造 力 啟 發 的 連 結 ， 且 奈 米 科 技 概 念 知 識 及 創 造 力 對 於 高 職 學 生 進 入 就 業 職 場 的 競 爭 力 有 所 助 益 ， 所 以 有 必 要 就 高 職 各 類 科 專 業 科 目 單 元 進 行 奈 米 科 技 融 入 之 數 位 教 材 研 發 ， 並 運 用 學 習 理 論 建 構 適 宜 的 教 學 模 式 ， 幫 助 高 職 學 生 有 效 理 解 與 學 習 奈 米 科 技 之 知 識 以 及 接 受 創 造 力 啟 發 教 學 ， 且 因 技 職 人 才 的 培 育 直 接 關 係 到 整 體 經 濟 的 發 展 ， 尤 其 應 受 到 相 對 的 重 視 （ 楊 朝 祥 ，2005）。

機 械 工 業 素 有 「 工 業 之 母 」 之 稱 ， 更 被 視 為 一 國 之 基 礎 工 業（ 彭 鴻 凱，2003），其 重 要 性 不 言 可 喻。而 奈 米 科 技 發 展 之 基 礎 ， 也 奠 基 於 堅 實 的 機 械 工 業 ， 無 論 從 奈 米 材 料 之 備 製 、 奈 米

製 程 之 設 計 ， 乃 至 於 奈 米 產 品 之 應 用 ， 無 不 與 機 械 技 術 有 密 切 聯 繫（ 李 世 光 、 胡 毓 忠 ，2004）。在 奈 米 尺 度 下，現 有 的 材 料 、 元 件 及 系 統 會 出 現 顯 著 改 善 或 截 然 不 同 的 物 理 、 化 學 與 生 物 之 特 性 及 現 象 ， 有 效 且 創 新 的 應 用 這 些 特 性 ， 可 協 助 產 業 界 克 服 以 往 無 法 解 決 的 技 術 瓶 頸 ， 尤 其 奈 米 技 術 整 合 了 化 學 、 物 理 、 機 械 、 材 料 、 電 子 與 量 測 等 不 同 科 技 領 域 的 技 術 與 知 識 （ 機 械 群 科 中 心，2009），更 需 要 優 秀 的 科 技 人 才 加 以 創 新 與 應 用。由 此 可 知 ， 奈 米 科 技 植 基 於 機 械 技 術 而 得 以 發 展 ， 所 以 若 能 夠 於 高 職 階 段 加 強 機 械 領 域 人 才 的 奈 米 科 技 概 念 知 識 ， 則 對 於 日 後 奈 米 科 技 之 發 展 ， 將 有 莫 大 之 助 益 。

因 此 ， 本 研 究 對 於 高 職 學 生 進 行 奈 米 科 技 概 念 知 識 基 礎 的 紮 根 開 始 ， 逐 步 引 領 學 生 邁 向 介 觀 世 界 的 新 領 域 ， 從 「 奈 米 科 技 」 現 有 技 術 ， 延 伸 到 奈 米 科 技 的 知 識 內 涵 與 應 用 技 術 、 奈 米 材 料 製 備 方 法、奈 米 材 料 特 性 與 原 理、奈 米 材 料 檢 測 與 分 析 等，

再 揉 合 創 造 力 啟 發 教 學 以 完 成 融 入 於 高 職 各 類 科 專 業 科 目 之 數 位 媒 體 的 單 元 式 數 位 教 材 ， 亦 稱 模 組 化 單 元 式 數 位 教 材 （ 吳 明 雄 、 袁 宇 熙 ，2010）。