奈米材料之領域範疇

3.0.1. 奈米材料簡介

奈米材料是奈米科學技術的基礎，正引起世界各國的廣泛的關注。現代材料和物 理學家所稱的奈米材料是指固體顆粒小到奈米（1 奈米=10^-9米）尺度的奈米微粒子（也 稱之為奈米粉）和晶粒尺寸小到奈米量級的固體和薄膜。奈米材料又稱為超微顆粒材 料，由奈米粒子組成。奈米粒子也叫超微顆粒，一般是指尺寸在 1~100nm 間的粒子，

是處在原子簇和宏觀物體交界的過渡區域，從通常的關於微觀和宏觀的觀點看，這樣 的系統既非典型的微觀系統亦非典型的宏觀系統，是一種典型的介觀系統，它具有表 面效應、小尺寸效應和宏觀量子隧道效應。同時顯示出許多奇異的特性，即它的光學、

熱學、電學、磁學、力學以及化學方面的性質和大塊固體時相比將會有顯著的不同。

奈米材料的種類大致可分為奈米粉末、奈米纖維、奈米薄膜、奈米塊體等四類。

其中奈米粉末開發時間最長、技術最為成熟，是生產其他三類產品的基礎。奈米粉末 (Nano Powder)又稱為超微粉或超細粉，一般指粒度在 100 奈米以下的粉末或顆粒，是 一種介於原子、分子與宏觀物體之間處於中間物態的固體顆粒材料。可用於：高密度 磁記錄材料；吸波隱身材料；磁流體材料；防輻射材料；單晶矽和精密光學器件拋光 材料；微晶片導熱基片與布線材料；微電子封裝材料；光電子材料；先進的電池電極 材料；太陽能電池材料；高效催化劑；高效助燃劑；敏感元件；高韌性陶瓷材料（摔 不裂的陶瓷，用於陶瓷發動機等）；人體修復材料；抗癌制劑等。

奈米纖維(Nano Fiber)指直徑為奈米尺度而長度較大的線狀材料。可用於：微導線、

微光纖(未來量子計算機與光子計算機的重要元件)材料；新型鐳射或發光二極管材料等。

如奈米碳管；奈米纖維；奈米柱等。

奈米薄膜(Nano Film)奈米膜分為顆粒膜與緻密膜。顆粒膜是奈米顆粒粘在一起。

中間有極為細小的間隙的薄膜。緻密膜指膜層緻密但晶粒尺寸為奈米級的薄膜。可用

於：氣體催化(如汽車尾氣處理)材料；氣體感測材料；過濾器材料；高密度磁記錄材料；

光敏材料；平面顯示器材料；超導材料等。

奈米塊體(Nano Bulk)是將奈米粉末高壓成型或控制金屬液體結晶而得到的奈米晶 粒材料。主要用途為：超高強度材料；智慧金屬材料等。

全球對奈米材料的認識目前還知之甚少。從個別實驗中所看到的種種奇異性質，

說明這是一個非常誘人的領域，對奈米材料的開發，將會為人類提供前所未有的有用 材料，因此對奈米材料的前瞻研究也是各國積極討論之議題。

3.0.2. 奈米材料市場概況

一般預測奈米材料科技將會衝擊到幾乎所有人造物品的製造與生產，例如：汽車、

輪胎、電腦電路、尖端醫學、組織移植等，甚至可導向目前還無法想像的物品的發明。

因此，奈米材料科技被世界各國當作是二十一世紀科學與工程策略性的一支，並被認 為將基本地重造當前的製造、醫學、國防、能源生產、環境管理、交通、通訊、電算 技術、以及教育。由表 6 我們可見到美國與日本對於奈米技術應用對未來產業的影響。

而期中影響最劇的便是奈米材料與製造技術。

表 6      美國與日本對奈米科技應用之市場預估 美國預測(2010 年) 日本日立預測(2010 年)

材料與製造 3,400 億美金 24% 材料 415924 億日圓 31%

電子 3,000 億美金 22% 資訊電子 671884 億日圓 50%

醫藥品 1,800 億美金 13% 生技(醫) 37951 億日圓 3%

生命科學 >4,000 億美金 29% (農畜) 1725 億日圓 0.1%

化學工業 1,000 億美金 7% 環境能源 61309 億日圓 5%

運輸工業 700 億美金 5% 航太工業 88200 億日圓 7%

工具 52202 億日圓 4%

(量測，模擬等)

總計 13,900 億美金 100% 總計 1,329,195 億日圓 100%

資料來源：奈米科技發展現況與前景/蔡嬪嬪，工業技術研究院奈米科技研發中心，民 93

從應用市場的角度來分析，可以看到主要可以分成九大領域：電子產業、金屬產 品、建材、塑/橡膠產品、基礎建材、家電產品、纖維產品、運動器材、化妝品/醫療領 域。九大領域中，目前已可在市面上見到之產品見表 7，並由表 8 可以看出未來主要 奈米科技發展領域，而奈米半材料擁有最大的應用市場。

表 7 市面上可見之奈米科技產品 領域 產品

電子產業  •磁記錄媒體(GMR)•CMP 研磨液•電池隔離膜•鋰離子電池陰極材 料(Nikkiso)•燃料電池電極材料(NEC)•螢光燈管(華南聯合科技)  金屬產品  •奈米鐵釘(內部 2~6nm，碳化鐵顆粒)•鑽頭(WC-Co Composite)•金

屬接點改質劑 

建材  •節能玻璃窗•自淨玻璃窗•易潔陶瓷•衛浴設備、馬桶、洗手檯(電光 牌、和成牌、TOTO 等)•塗料•隔熱材(Nanocrystalline Aerogels)  塑 / 橡 膠 產

品 

•啤酒瓶、果汁瓶•包裝薄膜•植物覆蓋膜(TiO2)•木器塗漆(TiO2)•電 磁波遮蔽薄膜•含緩釋劑型除草劑之地下灌溉塑膠管•輪胎•前輪擋 泥板(日產，休旅車 X-Trail)•汽車車內腳踏墊(Running Boards, GM Safari, Astro Vans)汽車其他零件，例如儀表板等正測試中]•汽車抗 靜電塗料(NissonMotors)•IC tray (Yuka Denshi)•熱阻型背膠(奈膜科 技) 

基礎材料  •碳黑•奈米碳管•奈米黏土•奈米碳酸鈣(15~40nm)•奈米透明氧化鐵 (1200 噸/年)(大陸)•奈米氧化鋯(10~20nm)•Nanocrystalline Aerogel  家電產品  •光觸媒環保健康扇(台灣日光燈)•空氣清潔機•奈米材料冰箱(大

陸)•熱水瓶(奈米搪瓷內膽)(大陸) 

纖維產品   •卡其布(Nano-Care Khakis,美) •奈米領帶(蠶絲、羊毛、棉)(大陸) • 布料(瑞士) •機能性纖維(抗 UV，吸收紅外線) •奈米口罩(台)  運動器材  •網球(Wilson Double Core 網球)•網球拍：VS Nanotube PowerVS

NanotubeDrive(日本)•排球(不沾水、不沾灰塵)(大陸)•充氣鞋墊－

運動鞋(美)•奈米抗菌鞋(大陸)•奈米空調鞋(大陸)•滑雪桿/滑雪板 (歐) 

化 妝 品 / 醫 療領域 

•防曬化妝品(Sunscreens)•遮陽眼鏡•護膚化粧水•化粧保養品(美白 左 旋 C)• 眼 彩 (pure color 純 色 冰 紛 眼 彩 系 列 )• 抗 菌 紗 布 (AntimicrobialDressing)•驗孕試劑•微脂粒藥物•奈米金(全球奈米科 技)•生物晶片•Disposable Pre-Spotted MALDI Sample Chip 

資料來源：奈米科技發展現況與前景/蔡嬪嬪，工業技術研究院奈米科技研發中心，民 93

資料來

圖 3 奈米國家型科技計畫推動架構

資料來源：奈米國家型科技計畫, 2007

九十六年度奈米國家型科技計畫主要包括學術卓越分項計畫、產業化技術、核心設 施建置與分享運用及人才培育等四個分項，主要內容簡述如下：

（一） 學術卓越

學術卓越計畫目前包含五個子項目，分別為 1.奈米科學基礎研究、2.奈米材料研究、

3.奈米操控、功能元件製造、特殊儀器等尖端技術發展、4.奈米能源、環境研究與 5.

奈米生物技術研究。

（二） 產業化技術

本分項根據奈米科技產業發展之經營環境、我國產業結構、奈米科技發展近程及市 場發展前景，選擇並規劃適合我國發展之項目。如奈米電子技術、奈米顯示技術、奈米 能源技術、傳統產業奈米應用技術、奈米生物技術等重點領域發展。整體計畫基礎是建 立在奈米材料平台技術和檢測與設備技術的開發上，並經由這平台支援一系列產業面向 的重點奈米科技應用。兼顧目前研發機構與產業界進行中之活動，以及掌握未來奈米技

術在研發及應用的潛力並產生重大突破之契機。

（三） 核心設施建置與分享運用

本分項計畫包括學術研究重點設備與運用分享(國科會)及產業應用核心設施與運用 分享計畫(經濟部技術處)及奈米技術計量標準計畫(經濟部標準檢驗局)。本計畫已執行 第三年，且已建立 8 個「學術重點設備建置」中心，以及 1 個「產業核心設施」中心。

在「學術重點設備建置」方面包括台大奈米科技中心-尖端電子顯微技術與奈米分析服 務計畫，台灣聯合大學系統奈米製作暨分析核心設施中心(交大)，南台灣奈米科技研究 中心第二期核心設施建置服務計畫(成大)，中台灣奈米技術科學與工程核心服務計畫(中 正)，台灣中區奈米技術科學與工程核心設施服務計畫(中興)，奈米科學尖端研究設施之 建構等(中研院)，台灣聯合大學系統—奈米微影暨奈米生技核心設施服務計畫(清華)，

高屏地區奈米共用實驗室(中山)，東部奈米科技研究中心(東華大學)。產業應用核心設 施與運用分享方面，產業核心設施建置於工研院奈米中心，設置奈米共同實驗室。在奈 米技術計量標準計畫方面，進行尺寸參數量測追溯及力學性質量測追溯 9 個量測參數研 究，包括三維奈米尺寸標準及量測分項計畫；奈米元件機械性質量測分項計畫；微流量 測標準分項計畫。

（四） 人才培育

人才培育分項計畫希望能迅速提供我國發展奈米國家型科技計畫所需之各種跨領域 人才。奈米科技之跨領域人才培育，將不僅只是傳統所言各科技領域之跨領域整合，至 少須具備包含工程、基礎科學、經營管理、智財權法律、人文社會、生技醫藥等領域之 知識。除此之外，由於網際網路之快速發展，以及知識經濟之迅速成型，必須與從小學、

中學(K-12)、大學、研究所、在職訓練(On Job Training, OJT)、甚至與終身學習(Life Long Learning)之教育施政目標相結合。

3.3.

1. 美國奈米科技研發機構介紹

美國的奈米科技研發是在 2001 年起由國家科學暨技術委員會(The National Science and Technology Council, NSTC)主導，推動國家奈米科技方案(National Nanotechnology Initiative, NNI)，計有農業部、商務部、國防部、能源部、健康暨人力資源部、國土安全 部、司法部、環境保護署、國家航空署、國家科學基金、國務院、交通部、財政部、食 品暨藥品管理局、情報署等 15 個部會參與此項計畫，並由前 10 個部會編列研究與發展 經費。表 9 為 2007 年 NNI 之年度預算表。

美國國會更於 2003 年 11 月 20 日通過《21 世紀奈米科技研究暨發展法案》，授權美 國總統執行「國家奈米科技計畫」，指定國家科學暨技術委員會(NSTC)督導計畫的協調、

規劃及管理，依國家需要，設訂計畫目標及優先順序，協調跨部會共同編列計畫預算，

加強與地方政府、產業界、學術界的資訊交流，此外，並應向國會提交年度報告。本計 畫的主要內容：

• 評估聯邦政府之奈米科技研究、發展設立目標及優先順序。

• 對聯邦政府奈米科技研究、發展及相關科技挹注資金以達成設立之目標。

• 對奈米科技研究、發展及相關活動進行跨部會協調。

本計畫的重要工作計有：

• 發展對奈米科技的基本瞭解 。

• 針對研究機構提供經費。

• 成立先進科技研究中心網絡。

• 為各奈米科技研究機構建立一個優質並具競爭環境的網絡，藉以交換資訊、善用

• 為各奈米科技研究機構建立一個優質並具競爭環境的網絡，藉以交換資訊、善用