奈米科技的源起與發展現況

壹、奈米科技的源起

人類歷史上，歷經了三次工業革命。十八世紀時發明了蒸汽機，開啟了四百 年來的工業革命；第二次工業革命帶動了電氣化；第三次工業革命，電子計算機 改變了人們的生活世界。而奈米科技，則帶人類進入第四次的工業革命（國立科 學工藝博物館，2012）。

奈米科技的發展可回溯到諾貝爾物理獎得主理查〃費曼（Richard Feynman）

在 1959 年美國物理年會的一場演講，提出未來有一天，人類可能隨心所欲地利 用小尺寸（奈米）材料並呈現出嶄新的應用，他亦提出未來可能將大英百科全書 的內容記錄在像大頭針這麼小的容積裡，由此揭開了奈米科技的序幕（國立科學 工藝博物館，2012）。

「奈米」是一個嶄新的領域，奈米科學是指研究至少一維尺寸在 1-100 奈米 範圍內的材料、結構、性質的科學；「奈米科技」指量測、模擬、操控、製作小 於 100 奈米的物質技術；奈米科技並不像半導體、光電通訊、生物技術等，可以 明確訂定統一的領域，相反的，奈米科技的出現，是打破了各個領域的界限。一 般而言，由於物質在奈米尺度下，會呈現與常態下完全不同的物理、化學或生物 特性，所以「奈米科技」的定義是：在奈米尺度下，製造出呈現新機能或新穎物 性的微小物質，並且以這個物質為基礎，設計、製作成新的元件、器具或系統的 技術，就是奈米科技（國立科學工藝博物館，2012）。

奈米是「長度」的單位，一奈米等於 10^-9米，相當於人類頭髮的五萬分之一，

或是 10 個氫原子排列在一起的寬度大小。而高精度、高倍率儀器的發展，更提

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供了奈米尺度的分析，以及操控原子和分子所需的「眼睛」與「手指」（劉仲明，

2004）。

人類並不是近幾年才開始使用奈米科技的瓹物。原始土著常將燃燒植物或木 材後得到的碳灰塗在臉上，用來嚇跑敵人和野獸；即因為碳灰粒子大小，大約是 在奈米尺度範圍，所以可以均勻地塗在臉上，且奈米碳灰的附著力很強，可以維 持很久不褪色。中古歐洲時代建造的教堂彩繪玻璃，使用的即是奈米級的顏料；

工匠利用奈米金屬對光具有之吸收與發色性質，繪製出美麗的教堂彩繪玻璃；他 們將金粉融於玻璃中，等凝固後析出奈米金粒子，瓹生透色的紅寶石色；用同樣 製法，添加含銀顏料，可瓹生黃色和金色；添加含銅顏料，可瓹生綠色和磚紅色

（國立科學工藝博物館，2012）。

奈米並非僅僅是科技下的瓹物，奈米的現象一直以來，便存在於自然界中，

例如：壁虎能倒掛於天花板爬行且身手矯捷；蝴蝶、金龜子的翅膀五彩繽紛；孔 雀的羽毛光鮮亮麗；蜜蜂、鴿子、龍蝦都具有辨別方向的能力；蓮葉出淤泥而不 染的雅興。效法自然，一直是人類研究科學的準則之一。近似自然瓹物的奈米結 構，需要能夠在分子的尺度上，操控物質或結構的形成，這可望帶來與自然界近 似的功能或成果（工業技術研究院工業材料研究所、廖駿偉、葉吉田、郭東瀛，

2005，頁 8）。

若將人類開始使用奈米科技至今的時間軸縮時成一天，人類開始對奈米科技 進行研究、探討可能只有幾秒鐘的時間。奈米科技的使用最早可以追溯到十幾世 紀之初，西方的彩繪玻璃開始在製作玻璃的矽土中融入金屬氧化物，使玻璃呈現 繽紛的顏色；但細數人類開始鑽研奈米科技不過才這幾十年間，而一門新的技術 要發揚，甚至是擴展至其他使用層面上，必頇先從基本教育做起，深入教育必頇 考慮的層面眾多，從教師的教學方式、學生觀念的接收程度，以及深入教育的廣 度等，都是必頇考慮的要素，這也是本研究想要探究的。

13 十五世紀之後 在歐洲發展成熟之彩繪玻璃（Stained glass）製作技術，可說

是人類奈米科技發展史上第一個實例。

1931 年

Max Knoll 和 Ernst Ruska 於德國西門子（Siemens）公司共 同發明建立了第一部穿透式電子顯微鏡 （transmission electron microscope; TEM）。1940 年代，穿透式電子顯微鏡

（TEM）可以觀察奈米尺寸的物質。

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全球著名策瓺與競爭力大師波特（Michael E.Porter）敎授在「國家競爭優勢」書 中指出，在全球競爭激烈的世界，傳統的天然資源與資本已經不再是經濟優勢的 主要因素，新知識的創造與運用更為重要（朱延智，2014，頁 3）。

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為培育學術界的精英或瓹業的人才，奈米科技教育必頇向下紮根，讓學生充 份汲取奈米領域知識和能力，將來可以幫助我國瓹業界盡速投入奈米科技發展，

因此奈米科技教育師資的培訓及教材的編列，將影響我們下一代的知識競爭力

（陳芝卉，2016）。

國立臺灣大學傅昭銘教授曾說過：「中文字的奧秘，從這裡便可發現：『奈』

字由『大、二、小』三個字元組合而成，我們可以解釋為『大＝小』，帶有『以 小窺大』之意。」奈米科技從十世紀起至今，在應用、開發、探究的道路上歷經 長達十個世紀約一千年的歷史軌跡，相對於教育上的貢獻卻只有幾年的時間，我 們札處於奈米科技的第四次的工業革命的環境中，奈米科技要發揚、擴大其探究、

應用等層面，必頇使奈米科技教育向下扎根，才能提升我們的競爭力。

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