奈米科技

「奈米」是英文 nanometer 的譯名，源自拉丁文「NANO」，意思是矮小或侏儒。屬 於長度的單位，數學符號為 nm，相當於十億分之一公尺，相當於 3­4 個原子的直徑。

奈米結構及奈米尺寸顆粒的物理及化學性質，與一般巨觀的塊材及結構有極大的差異：

如奈米粒子具有高延展性、高催化性、高硬度、低熔點等。

目前而言，只要尺寸約在 1~100 奈米之間的微小世界中操作、創造、控制或是組 合等皆屬於奈米科技的產業。奈米科技包括(1)奈米學或介觀物理；(2)奈米化學；(3)奈 米材料學；(4)奈米生物學；(5)奈米墊子學；(6)奈米加工學；(7)奈米力學，等七個獨立 相對的分支領域，奈米科技可謂是二十一世紀科學的總稱  (  馬遠榮，2002 )  。

二、奈米科技的發展

被譽為第四次工業革命的奈米科技，其最早提出能在奈米層級做各種應用的，並有 奈米之父之稱的是費曼，在 1959 年物理學會上指出：「未來科技的發展可以將大英百科 全書印到一個普通的大頭針上，以及能滑潤一部比書本頁面上還小的句點之機器。」費 曼當時的預測在二十年後瑞士 IBM 驗證了，Gerd Binning & Heinrich Rohrer 成功發明電 子掃描穿隧顯微鏡(STM)，利用一根探針來探測物理表面形貌，可輕易觀測原子的排列 情況，IBM 公司利用此技術以 35 個原子成功排列出 IBM 的字型，這是人類第一次能操 控原子級的排列。

表 2­3­1  奈米科技發展重要紀事 年份 重要紀事 

1959  費曼提出可以將大英百科全書印到一個普通的大頭針。 

1974  谷口紀男在國際生產技術會議上提出奈米科技的概念。 

1981  Gerd Binning & Heinrich Rohrer 成功發明電子掃描穿隧顯微鏡(STM)  1985  發現 C60 結構。 

1990  IBM 公司利用 STM 以 35 個原子成功排列出 IBM 的字型。 

1991  飯島澄男發現世界最小人造中空管­奈米碳管。 

1997  掀起光觸媒的風潮 

1998  德國奈米科技中心成立，推動奈米相關產業。 

2000  美國推動國家奈米技化，研發奈米相關產業。 

2002  台灣工研院成立奈米科技研發中心。 

2002~2006  歐盟投入 13 億歐元，支持歐盟各國的奈米技術發展。 

2003~至今 台灣成立奈米國家型計畫，吸引學術界大量投入。

資料來源：呂宗昕  ( 2003 )  、研究者整理 全世界從 2000 年美國總統柯林頓正式宣布美國國家奈米計畫技術後，奈米科技發 展越來越蓬勃，講求輕巧、細小的科技產品，亦同時要求處理速度與效率。奈米帶來的

這波熱潮，讓各國投入巨額的資金研發，截至 2003 年全世界已投入 3500 百萬美元，各 國奈米相關學術論文發表也越來越多。台灣由國科會、中研院、教育部、工研院、經濟 部等單位，推動奈米國家型科技計畫，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、人才培育等四項進行，並於 2008 年將奈米科技列為優先考量，投入 大量資金發展，期望帶動其他產業的發展。

三、自然界的奈米現象

自然界中奈米結構的現象，普遍存在小至病毒，大到鯨魚，都可以發現奈米級的結 構。除了「蓮花效應」( Lotus effect )、「彩蝶效應」，海豚的皮膚為何有自潔的效果?鮭 魚為何具有辨別方向的能力?隨著科技的進步，讓我們有機會進一步了解大自然的奈米 結構與特性。以下就自然界普遍存在的奈米現象加以說明： 

(一)、蓮花效應( Lotus effect ) 

花中的君子­「蓮花」，出淤泥而不染，由德國植物學家 Wilhelm Barthlott 發現 了蓮花疏水性，且蓮葉能保持潔淨的效果，而有蓮花效應( Lotus effect )。蓮葉表面具有 精密的 5­15 微米乳凸狀奈米結構，使水株能在蓮葉上保持圓球狀不易散開，這種奈米 級表面結構是造成蓮葉表面具疏水特性。蓮葉表面的自我淨潔（self­cleaning）現象，是 從蓮葉所發現，因此又叫做「蓮葉效應」  (  奈米新世界，2010 )  。蓮葉表面自潔的功 能，只要葉面經過大雨的洗禮，即能將灰塵與雜質帶離葉面。在海洋中，海豚與鯨魚擁 有乾淨的皮膚，也是因其表面佈滿了奈米級的微小結構，使得海洋微生物無法附著。目 前蓮花效應的概念已經應用在防汚防塵上，例如：奈米塗料、奈米布…等，應用此原理 達到自潔的功能。 

(二)、彩蝶效應

有一些生物在身體上某些部位如翅膀、羽毛等，會呈現繽紛縩爛的顏色，隨著角度 不同會有不同的色澤，此極為彩蝶效應。擁有彩蝶效應的現象如：蝴蝶的翅膀、金龜子 的殼、孔雀的羽毛，這些七彩的顏色發生關鍵在於光子晶體的顯微結構，可反射部分顏

色的光，並讓其餘顏色穿透，當光和光子晶體角度改變時，隨著觀看角度的不同，顏色 就會有所不同。90 年代曾有車商將此效應技術應用於車子漆面，從不同角度看會有不同 顏色車子的呈現。 

(三)、動物的磁導航

蜜蜂總是可以到遠方採蜜而不迷失；鮭魚能在離家千里後為了產卵回到出生地；鴿 子具有優秀的歸巢本領；綠蠵龜、螞蟻、候鳥這些生物的定向本領，不需要靠任何儀器 而不迷失方向。科學家發現這些生物體內存在一種奈米級的磁性粒子，這些奈米級的生 物羅盤，使得這類生物在磁場感應器引導下，可以辨認方向。 

(四)、壁虎的凡得瓦力

壁虎為何能久待於牆壁上?  輕易低飛簷走壁呢?  不是因為腳底下有特別的黏液，

那股腳底下的秘密，原來是來自於腳底下數以百萬計的細小剛毛，每個剛毛上有細微的 奈米結構附著在物體上產生凡得瓦力。壁虎的腳上有 650 萬剛毛，如果全部附著時，可 吸附 133 公斤的重量，其強大的力量十分驚人。Kellar Autumn 即依據這種原理，製造出 第一個人工合成的壁虎黏著劑。 

(五)、其他

人體內也許奈米結構的存在如：牙齒能堅硬無比是因為外表排列著微小晶體；體 內奈米結構級的 DNA、核糖體更是負責體內重要功能；鯨魚和海豚的皮膚表面佈滿奈 米尺寸的微小突起，這也讓鯨魚和海豚有著自潔的功能；鴨子和鵝在湖中覓食、戲水卻 不見其羽毛被水弄濕，主要因為其毛和毛之間的孔隙小到奈米尺寸，所以具有防水的效 果；具有高彈性、高強度及黏性的蜘蛛絲，每一條蜘蛛絲是由數十或數百條奈米級結構 纖維所組成，有世上最強的生物纖維之稱。自然界中含有的奈米現象還有許多，可見奈 米結構早就進入我們的生活週遭。

四、奈米科技的應用

奈米科技可發展的領域多元又廣泛，跨足電子業、傳統工業、醫學領域等，奈米科

技能為產業發展注入新的能量。自從 1991 年奈米碳管的發現，啟動了奈米科技的新紀 元，直到近幾年，奈米科技發揮其強大的效應於各個產業當中，奈米技術已在電子業、

能源、機械、生物醫學、化工及環保等領域萌芽。其主要應用介紹如下： 

(一)在生物醫學上的應用

奈米醫學的研究，是結合化工、材料與生物醫學領域等技術，使用奈米元件，在分 子層次上掌控、修復、建構生物體，進行醫學上的診斷、治療和預防。目前已研發奈米 級微型探測器，可以快速、準確的優點進入活細胞內進行探測；研發生物晶片能針對血 液中少量的蛋白質或 DNA 進行分析，迅速診對出疾病原因；利用生物相容物質的開發，

奈米物質所展現的非凡物理特性足以製造人工器官；應用奈米集速炸彈的方法，發展對 體內病源體的藥物治療，利用載體輸送藥劑到患部已提高治療效率，已有百年歷史，近 來奈米科技的蓬勃發展又將其帶到另一個領域發展的高峰  (  胡苓芝，2004 )  。 

(二)在化工產業的應用

化工產業在奈米未成風潮前，早已大量生產奈米級的觸媒。隨著奈米科技的蓬勃發 展，早已應用於化工產業當中，也替奈米創造更多產品的價值與應用。利用蓮花效應發 展奈米纖維，製造出來的奈米衣不怕髒、不怕水，甚至可以有抗 UV 的功能；奈米塗料 已廣泛應用在化妝品，因其顆粒細微，更可以增加化妝、保養的效果；SARS 肆虐期間，

許多標榜具有殺菌消毒功能的產品空前熱賣，而二氧化鈦光觸媒更是引人注目，利用奈 米光催化劑可有抗菌、除臭、淨水、防污等效能  (  陳雅玲，2004 )  。 

(三)在民生工業的應用

能夠提高食品加工過程的品質，例如：酒類在發酵過程中，會產生少量的甲醇和醛 類，導致辛辣口感，若加入少量奈米金可提高品質  (  羅棨全，2005 )  ；奈米冰箱應用 奈米材料以抑制黴菌的生長，可以提高食物的保鮮。 

(四)在製造業的應用

電子元件提高電腦的速度與效率，呂宗昕  ( 2003 )  提出目前主要發展的方向：奈米

電子元件、奈米積體電路、量子電腦、平面顯示器、太陽能電磁等，提高了製造電晶體 與電路的新方法；發展具有自潔效果的奈米馬達，將奈米粉末塗在馬桶或是洗手台表 面，不易留下污漬。 

(五)其他

奈米生物技術在動植物的基因改良方面，運用奈米陣列的 DNA 檢測技術，開發轉 基因食品；也曾應用於軍事國防上，利用奈米特性製造隱形塗料，塗抹於軍機外表上降 低雷達偵測訊號；以無機黏土和高分子聚合物的奈米微粒可取代輪胎中的碳黑，便是綠 色製造技術的耐磨耗輪胎。

奈米科技分佈之廣，已經沒有學科界線之分。它漸漸滲透到我們的食、衣、住、行、

育樂等日常生活中，未來奈米科技如同工業革命，將有極大的機會進而影響人們傳統思 維模式與藝術表現  (馬遠榮，2002 )  。

五、奈米科技教育的推動

二十一世紀是奈米科技的新紀元，奈米科技的各項應用廣泛使用於日常生活。奈米 國家型科技計畫項下之「人才培育分項計畫」由教育部推動執行（教育部，2002）。人 才培育分項計畫希望能迅速提供我國發展奈米國家科技計畫所需之各種跨領域人才，而 首要任務為建立奈米科技人才之培育機制，建構具跨領域、創造力等學習主體，自小學、

二十一世紀是奈米科技的新紀元，奈米科技的各項應用廣泛使用於日常生活。奈米 國家型科技計畫項下之「人才培育分項計畫」由教育部推動執行（教育部，2002）。人 才培育分項計畫希望能迅速提供我國發展奈米國家科技計畫所需之各種跨領域人才，而 首要任務為建立奈米科技人才之培育機制，建構具跨領域、創造力等學習主體，自小學、