出其論文《On the Basic Concept of Nanotechnology》裡頭首先以「奈米技術」名 詞來強調新的精密技術與新的精度標準。隨著技術一直進步，1982 年國際商業 機器公司(IBM)工程師羅雷爾和賓寧(Rohrer and Binnig)共同發明了掃描式穿隧 顯微鏡(Scanning Tunneling Microscope，STM），其是利用一極細的金屬探針極 接近一具有導電性樣品的表面進行精確的掃描，此時供給一電位差於針尖和樣品 間，針尖的電子會穿越電位障壁發生穿歲現象，表面的起伏會影響穿隧電流的大
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小，進而來觀測待測物表面的樣貌，此發明為奈米技術上一個重要的里程碑。從 此之後，奈米科技蓬勃發展。
20 世紀末，世界各國開始著墨於奈米技術上的研究，並且與物理、化學、
醫學、生物相結合，進而衍生出奈米醫學、奈米生物、奈米光電、奈米電子、奈 米材料等，有了這些技術將應用在各種產業以及民生用品，使得人類生活更加方 便。奈米科學研究的領域是過去從未涉及的，是我們認識這個世界的新一種面貌，
這表示人類的科學又進入了新的世代，21 世紀的主導將會是以奈米新科技為中 心的一場科技革命1。
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化學合成法：主要利用反應物在某些特定環境、濃度，有時需要靠還原劑的 輔助產生化學反應形成所要的奈米結構。當前主要的方式分為五種：化學氣相沉 積法、水熱合成法、氧化還原法、沉澱法、溶膠凝膠法。
1. 化學氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition, CVD)：加熱反應物，使之轉變 成氣態，然後在氣相的環境下進行化學反應，最後形成固態的生成物，並且 在基板上沉積奈米薄膜。
2. 水熱合成法(Hydrothermal Synthesis)：在一密封的壓力容器(高壓釜)內，讓反 應物(水溶液)在高溫高壓下進行反應，隨後再結晶成奈米晶體。此方法製得 的產物顆粒小、分布均勻，特別是無須高溫鍛燒，避免了鍛燒過程有晶體缺 陷或是雜質參入，因此所製得的奈米粉體通常具有較高的燒結活性。
3. 氧化還原法(Reduction-oxidation Reaction)：主要是利用氧化還原的原理，像 是要製得金屬奈米粒子，加入合適的還原劑(如：硼氫化鈉等)可以將金屬鹽 類中的金屬離子還原成金屬奈米粒子。此外也可以利用電極，電極在電解液 裡通電會進行氧化還原反應，可以在電極上得到奈米粒子。
4. 沉澱法(Precipitaion Method)：將沉澱劑加入到金屬鹽溶液中，使得水溶液中 的離子濃度超過其溶解度積，溶液達到飽合即會產生沉澱，之後再經過過濾、
乾燥、鍛燒之處理程序後就可獲得奈米材料。
5. 溶膠凝膠法(Sol-gel Method)：首先利用具有高化學活性的化合物做為前驅物，
在液相中將這些前驅物充分混合並進行水解以及縮合反應。此時溶液會慢慢 形成穩定的溶膠，繼續反應後溶膠會緩慢聚合，最後形成三維網狀結構的凝 膠，最後再經過乾燥、熱處理的過程即可得到奈米結構的材料。
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圖 1-1 奈米材料製作示意圖
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1. 量子侷限效應(Quantum Confinement Effect)
奈米材料的應用範圍非常廣闊，其中以奈米半導體之發展廣為受人矚目，近 來眾多研究學者朝量子點進行研究，量子點由於晶粒體積甚小(大小僅在數奈米 到數十奈米)，受到能量屏障（Energy barrier）的影響，三維限制在 100nm 以下，
因此電子與電洞將會被侷限在此一微小晶粒內，其結合（Recombination）機率
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隙，使其發出不同顏色的可見光，此一現象即為量子侷限效應。原因就是矽量子 點晶體尺寸小至奈米等級後，電子會受到量子侷限效應的影響，使得原本連續的 能帶結構，變成像柵欄狀的能階結構，使上述提到的矽晶體為原來的間接能隙，
變為接近直接能隙（direct bandgap）的能帶結構。
圖 1-2 直接能隙與間接能隙示意圖 2. 表面效應
奈米顆粒尺寸小，表面位能高，位於表面的原子佔相當高的比例。表面積與 體積的比例定義為比表面積，與顆粒尺寸成反比，所以隨尺寸減小，表面原子數 急速增加，且表面結合能(Binding Energy)也會跟著增加，從而引起表面效應的性 質。由於表面原子數增多、高的表面能及原子配位不足，使這些表面原子具有較 高的化學活性，容易與其它原子結合。像是金屬銅奈米粒子遇到空氣就會激烈燃 燒，奈米等級的鐵粉在空氣中會迅速氧化。
3. 小尺寸效應
當材料尺寸變小至與光波波長、德布羅依(de Brogile)波長、超導相干長度
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(coherence length)、磁場穿隧深度等物理參量長度相當或更小時，奈米微粒表面 的原子密度下降，導致微粒的光、電、力、熱、磁、化學等性質發生了變化。
光學性質方面：金屬奈米顆粒對光的吸收率很高，意即對光的反射率很低，
利用這個特性可以當作高效率的光熱、光電轉換材料，可以將太陽能有效地 轉換成熱能、電能。
力學性質方面：奈米材料具有較高的表面能，奈米微粒表面的原子排列相當 混亂，使原子在受外力變形下容易遷移，進而讓材料表現出更好的韌性與延 展性。
熱學性質方面：塊材的熔點是固定的，但當材料奈米化後，其熔點明顯下降 許多。當尺度越小時，表面的原子數就越多，表面原子活性高，因此熔化所 需的內能低。也就是為何奈米材料比一般塊材更容易低溫燒結。
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有機物質來達到淨化的效果。奈米二氧化鈦光催化作用帶給人類很大的福祉，
廚房易沾上油汙的磁磚、大樓外層的玻璃的保潔都可以應用此材料來容易達 成。
3. 醫學上的應用：隨著奈米科技日益進展，在醫學上也是有奈米材料上的應用，
像是光熱治療(photothermal therapy)，近紅外雷射(700~1300nm)在許多奈米 材料都有明顯的光吸收，將吸收的光能轉為熱能，利用局部高溫殺死腫瘤細 胞，具有光熱治療的潛力。奈米材料主要包括有金奈米材料、氧化鎢奈米線 等 ， 這 些 材 料 均 可 以 透 過 光 熱 成 像 (photothermal imaging)2、 光 聲 成 像 (photoacoustic imaging)3 形像表徵，此外他們還具有其他的顯影潛力。臨床 上影像技術可以因為此奈米材料的特性有效地應用在腫瘤診斷上，影像可以 輔助光熱治療來診斷效果好壞，也可以引導治療。
11 (Surface Plasmon Resonance, SPR)」，然而要產生表面電漿共振需要電磁波的頻 率與其金屬表面的電漿子震盪頻率相匹配才會發生此現象。電磁波的頻率與金屬