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奈米材料與應用I 一、前言 諾貝爾獎獲得者Feyneman在六十年代曾經預言：如果我們對物體微小規模上的排列加以某種控制的話，我們就能使物體得到大量的異乎尋常的特性，就會看到材料的性能産生豐富的變化。他所說的材料就是現在的奈米材料。 由於人類對微小化材料的殷切需求，已由原來的微米（10-6 m）範圍進入了奈米（10-9 m）範圍的時代，在面臨二十一世紀高科技發展的競爭中，奈米材料的發展，將是國家高科技發展政策中不可或缺的一環。舉凡光電、磁性、催化等都須要更有效率，有智慧行為的奈米材料。 二十一世紀技術發展中心課題是微小化與資源永續發展，這些都須要新型材料。奈米材料的發展是不可或缺的一環，新的功能要新的材料來滿足。例如具可塑性的光源，需要高效率的有機高分子發光二極體。奈米材料研究是目前材料科學研究的一個熱點，其相應發展起來的奈米技術被公認爲是21世紀最具有前途的科技研究領域。 二、奈米的定義及性質 奈米 (nanometer)是一個長度的單位。1奈米 = 十億分之1米(10-9 meter)，約為分子或DNA的大小，或是頭髮寬度的十萬分之一。DNA）直徑二點五奈米，生物細胞一千奈米，打針的針孔約一百萬奈米。 奈米所代表的意義確不只是尺寸的縮小，而代表了因尺寸的縮小而產生出來之獨特特性；例如質量變輕、表面積增高、表面曲度變大、熱導度或導電性增加等，因此也就衍生了許多新的應用。奈米化學及材料技術便是建立各種技術將成份、材料、介面結構等控制在1~ 100 奈米的大小，並改變其操控方式得到獨特之性質，以應用光電、資訊電子、儲能、半導體新材料及關鍵零組件開發。這些技術包括：奈米化學合成技術、奈米結構性能與模擬、奈米材料與製程技術、奈米檢測技術及建置相關奈米產業技術研究設備。在產業方面，奈米科技已經被公認為21世紀最重要的產業之一。從民生消費性產業到尖端的高科技領域，都能找到與奈米科技相關的應用。例如有名的「蓮花效應」（lotus effect）是指荷葉由於表面的奈米結構，因而具有抗水防塵的自潔功能，這個特性能用來改善高科技的戰機雷達天線罩，也可以運用來生產自潔玻璃及奈米馬桶等民生用品。 陶瓷材料作爲材料的三大支柱之一，在日常生活及工業生産中起著舉足輕重的作用。但是，由於傳統陶瓷材料質地較脆，韌性、強度較差，因而使其應用受到了較大的限制。隨著奈米技術的廣泛應用，奈米陶瓷隨之産生，希望以此來克服陶瓷材料的脆性，使陶瓷具有像金屬一樣的柔韌性和可加工性。 所謂奈米陶瓷，是指顯微結構中的物相具有奈米級尺度的陶瓷材料，在衛浴設備的表面釉彩中，加上薄薄的奈米 粉體，讓衛浴設備的表面更加光滑，以提高抗菌能力，釉料的粉末達到奈米化後，粉體的活性增高的控制問題，在製程上加以調整，讓奈米馬桶問世，未來更可將奈米技術，普及運用在新開發的衛浴產品上。 （二）奈米技術在家電產品的應用 應用奈米科技的家電產品已現身上市，包括奈米電風扇、除濕機、空氣清淨機、電暖器、烘碗機、冷氣機、奈米冰箱等。現階段奈米科技應用在家電方在萌芽期，主要應用在除臭、殺菌上。 如新推出的奈米光觸媒健康機為例，利用365波長燈管光源，照射在奈米級光觸媒鍍膜玻璃上，產生電子洞對，當電子洞對與空氣中氧氣和水接觸，會產生氫氧自由機，分解空氣中的有機物，並有抑菌、殺菌、除臭等功能。而添加奈米功能的冰箱，其蔬菜保存期間倍增。 同理應用在冷氣機、電暖器上，對於空氣同樣都有除臭、殺菌的作用，家電增加奈米除臭、殺菌功能，消費者買到的價格大約會比同等級產品多了1到3成的價格。 （三）奈米技術在機能性服飾的應用 運用奈米科技，能改寫原有產品的製程與產品的特性。材料被「奈米化」後，所可能衍生出的新的特性與產品，可跳脫原有的市場窠臼，開拓另一片市場新天地。穿著一件內襯含有奈米陶瓷顆粒，能不沾灰塵且又保暖的「奈米夾克」，將人纖與陶瓷顆粒結合一起，這就是「奈米」寫下的神奇。 此外，如防污布料、吸引遠紅外線布料、保溫潛水衣、奈米口罩、奈米韻律服、奈米泳裝等機能性服飾均應用在我們日常生活衣著上。 （四）奈米技術在食品的應用 啤酒的生產要靠酵母菌慢慢發酵，所需要的時間相當長，而新開發的粉碎分子對撞機，就是要讓酵母的分子達到「奈米化」，來加快酵母菌反映的速度。所以，奈米啤酒賣的是生產過程，運用奈米技術的啤酒，而不是指啤酒本身是奈米級的啤酒。否則肉眼看不到的奈米級啤酒，又怎麼喝得到？ （五）奈米技術在生命醫學的應用 隨著奈米技術的發展，在醫學上該技術也開始嶄露頭腳。生物體內的RNA蛋白質複合體，其線度在15~20nm之間，並且生物體內的多種病毒，也是奈米粒子。10nm以下的粒子比血液中的紅血球還要小，因而可以在血管中自由流動。如果將超微粒子注入到血液中，輸送到人體的各個部位，作爲監測和診斷疾病的手段。已經成功利用奈米SiO2微粒進行