何謂奈米?

奈米的「奈」是由「 nano 」的英文音譯而來,大陸則譯成「納米」,而 「 nano 」在希臘字中則是「侏儒」的意思。

detail_1所謂的奈米實際上是一個度量單位 nanometer (nm) 的譯名,指的是十億分之一公尺(1 nm = 10m) ,也就是百萬分之一公釐。這樣大小的單位基本上已經超乎一般人的想像和理解了,如果要具體形容的話,就是說一個「奈米」大小的物體放在一顆乒乓球上,比例就等同把一顆乒乓球放在地球上一般。又或舉例:十個肩並肩排在一起的氫原子寬約一奈米;DNA 分子約2.5奈米寬一,一個兩公尺高的男子則可換算成是二十億奈米高。

自然界中的奈米:

奈米效應與現象長久以來即存在於自然界中,並非全然是科技產物,例如:蜜蜂體內因存在磁性的「奈米」粒子而具有羅盤的作用,可以為蜜蜂的活動導航;蓮花之出汙泥而不染亦為一例,水滴滴在蓮花葉片上,形成晶瑩剔透的圓形水珠,而不會攤平在葉片上的現象,即是蓮花葉片表面的「奈米」結構所造成。因表面不沾水滴,污垢自然隨著水滴從表面滑落,此奈米結構所造成的蓮花效應(Lotus Effect),已被開發並商品化為環保塗料。

奈米科技定義:

奈米科技實際上並無統一的定義,以一般說法是指由於物質在奈米尺寸下,會呈現有別於巨觀尺度下的物理、化學或生物特性、現象。所謂奈米科技便是運用這方面的知識,在奈米尺寸等級的微小世界中操作、控制原子或分子組合成新的奈米尺度結構﹝奈米材料﹞,以便展現新的機能與特性。並以其為基礎,設計、製作、組裝成新的材料、器具或系統,使之產生全新功能,並加以利用的技術總稱。奈米科技的最終目標是依照需求,透過控制原子、分子在奈米尺度上表現出來的嶄新特性,加以組合並製造出具有特定功能的產品。

奈米科技 (nanotechnology) 包含量測、模擬、操控、精密安放和創製小於 100 奈米級的物質。操縱數個至數十個,最多一至二百個原子之科學。奈米技術之各項研究領域,並不局限在某一單一研究領域上,只要研究標的為奈米級之事務,均屬於奈米技術之範疇。

奈米科技簡單地說是經由奈米尺度下對物質的控制,以創造及利用材料、結構、裝置或系統。奈米結構是藉由原子、分子、超分子等級的操控能力以產生具有新分子組織的較大結構,這些結構具有新穎的物理、化學和生物的特性與現象。奈米科技的目標是去探討這些特性與現象,且有效地製造並利用這些結構。

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微米(μ m)與奈米(nanometer,nm)都是度量衡單位,1 μ m = 10m ,1nm=10m 。而材料尺度由微米到奈米所代表的意義並不只是尺寸的縮小,同時,新而獨特的物質特性亦隨之出現。在奈米的領域下(1~100nm),許多物質的現象都將改變,例如質量變輕、表面積增高、表面曲度變大、熱導度或導電性也明顯變高等,因此也就衍生了許多新的應用。奈米科技便是用各種方式將材料、成份、介面結構等控制在1~100nm 的大小,並改變其操控,觀測隨之而來的物理、化學與生物性質等的變化,以應用於產業。

奈米科技的領域

雖然說奈米科技的領域相當廣泛,不過就發展以及應用類型加以區分的話,還是可以分為下面三種主要類型:分別是奈米元件、奈米材料以及奈米檢測技術,奇概述如下:
【本節資料取自:小泰生物科技報 http://www.bio.idv.tw/paper/35.htm 】

    • 奈米元件:

所謂奈米元件,是指以分子、原子為基礎,製造具特殊功能的微小元件。而製造這些奈米等級元件的方法主要有兩種,一種是由上而下的方式,另一種則是由下而上。什麼是由上而下呢?簡單說就是利用微加工的方式,使一般較大的元件不斷的微小化,最後變成我們所需的大小。而由下而上的方式則正好相反,是利用分子、原子為原料,用類似拼積木的方式,把其組裝成我們所要的細微元件

    • 奈米材料:

奈米材料(目前定義材料粒子尺寸介於 1 奈米~100 奈米者,稱之為奈米材料),則是指材料具有幾何形狀,且這些形狀是表現在奈米的程度上(簡單來說就是這些形狀極為微小,肉眼是絕對看不出來的)。我們一旦在材料上製造出這些微小的幾何形狀,材料往往就會產生特殊的特性與功能。而這些具特殊結構奈米材料,則會產生包括表面效應、特殊的光學性質、熱性質、磁性質以及力學性質等和往常材質不同的效應,使得相同的原料可以在加工後產生不同的用途。

    • 奈米檢測技術:

如果沒有精確檢測的技術,想觀察奈米元件與材料之結構與性質是不可能的,因此我們必須建立諸多的奈米檢測技術,以進一步研究各種奈米結構的力、光、電、磁等性質。

奈米的應用

detail_1奈米科技涵蓋的領域甚廣,從基礎科學橫跨至應用科學,包括物理、化學、材料、光電、生物及醫藥等。例如奈米科技專家利用一種一端呈輪狀的合成酵素來驅動微型螺旋槳,製造出大小僅十幾奈米的分子馬達,成為分子機械上的一大突破。又例如 IBM 已成功地採用半導體碳奈米管製成場效電晶體,並進一步製作出單分子邏輯閘,是為分子電子學上的一大進展。

在產業方面,奈米科技已經被公認為 21 世界最重要的產業之一。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,也可以用來生產自潔玻璃及奈米馬桶等民生用品。