【精編匯總版】小奈米合集

1、精品文檔合集：【精編匯總版】小奈米合集】1/6精品文檔合集：【精編匯總版】小奈米合集】1/6【精編匯總版】小奈米合集精品文檔合集精品文檔合集：【精編匯總版】小奈米合集】2/6精品文檔合集：【精編匯總版】小奈米合集】2/6小奈米，大未來文/吳茂昆（中硏院物理所所長、中硏院院士）2003.2.21 屮闔洋報制IU I版奈米科技正在創(chuàng)造新_波的技術革命與產(chǎn)業(yè)，預測未來的影響，將遍及儲能、 光電、電腦、記錄媒禮、機械工具、醫(yī)學醫(yī)藥、基因工程、環(huán)境與資源、化學工 業(yè)等產(chǎn)業(yè)。你還能不了解這項新科技嗎？PARTI.te件微小化旳難題物理科學有一們學問熱力學，是探討熱與能及其相互關係的一門 學問。今天所有的自

2、動機械的發(fā)明即是以熱力學的科學基礎發(fā)展而來。熱力學定 律明確的闡釋個非常重要的自然法則：宇宙萬物的總能源雖然亙古不變，但可 作爲有效應用的資源是與時消失的。這是所有物種均會老化，包括星球也會滅寂的自然規(guī)律。所以科學家努力從 事科學技術硏發(fā)的最終極目的，即是希望能夠師法自然，尋求可以最有效應用自 然資源的方法。透過科學家們自十七世紀以來積極的探究與努力，經(jīng)歷了生產(chǎn)工具機械化； 能源通訊電磁化；以及應用電腦的資訊網(wǎng)絡化三階段的工業(yè)革命，使我們今天得 以享受應用微誼子科學技術及案腦網(wǎng)路傳遞資訊的優(yōu)質(zhì)生活。然而，這些偉大的 成果，並非全無負面的。尤其進入21世紀，這些髙科技將完全主導人類生活，勢 必造

3、成人類對自然資源加劇的消耗。因此，在製作具多功能性的電子產(chǎn)品，及建立更精準的儀器和高速網(wǎng)路通道 的同時，硏發(fā)製作體積更小、重量更輕、能量密度更高、具經(jīng)濟、安全、環(huán)保性 的各類元件，並開發(fā)使自然資源的耗損降至最低的創(chuàng)新科技，是科學家當前面臨 的最迫切的課題。PART2.甚麼是奈米科技?因此，我們將面臨元件微小化後的許多根本難題，其中包括材料是否適用， 元件製程遇到的瓶頸等。更重要的是：即使目前我們的科技已有相當成就，但能 製作的元件，與自然界生物體內(nèi)的許多精密元件比較，不僅在功能上遜色，在資 源及能源應用的效率上，更是有天壤2別。幸而，在上世紀末，由於科學與技術的快速進步，讓我們可以開始探索奈

4、米的微妙世界，使我們向另一波工業(yè)革命-奈米科技的應用推進。奈米結(jié)構(gòu)一方 面是一個令科學家們充滿了幻想的神奇領域，其整體的發(fā)展使我儼1得以踏上開解 大自然奧秘的第一步，滿足我們對大自然的好奇心。另一方面，前述之元件微小 化所面臨的材料及技術瓶頸，也將因奈米科技的應用硏發(fā)而有所突破。精品文檔合集：【精編匯總版】小奈米合集】3/6精品文檔合集：【精編匯總版】小奈米合集】3/6奈米科技正在創(chuàng)造新波的技術革命與產(chǎn)業(yè)，它對人類生活的影響將是全面 的，不僅將改變我們製作事物的方法，同時也會改變我們所能製作事物的本質(zhì)。 預測未來奈米科技所產(chǎn)生的新材料、新特性及其衍生之新裝置、新應用及所建立 之精確量測技術的影

5、響，將遍及儲能、光電、電腦、記錄媒體、機械工具、醫(yī)學 醫(yī)藥、基因工程、環(huán)境與資源、化學工業(yè)等産業(yè)。甚麼是奈米科技？奈米是英文nanometer的音譯，nanometer是長度的單 位 數(shù)學符號爲nm 一奈米爲十億分之一米（或公尺）（lnm= lxl0-9m）。一個相 當?shù)谋葦M是將地球縮小至直徑爲一公尺的圓球，則一顆約一公分的珍珠等比例 縮小後的尺寸即約爲一奈米。今天我們談奈米科技，泛指那些根據(jù)Inm至100 nm 尺寸大小之物質(zhì)的特性所衍生的創(chuàng)新科技。PART3徑了力學的規(guī)範【時報科學與人文】版面推出後，李政道院士寫的文章中指出，20世紀初， 科學槪念曾產(chǎn)生革命性的變化。透過普朗克、愛因斯坦、

6、波爾、海森堡、薛定格、 狄拉克、費米等偉大物理學家的開創(chuàng)性工作，建立了統(tǒng)馭微觀世界物質(zhì)運行法則 的量子力學和量子統(tǒng)計學。幾乎20世紀所有的科技文明都由量子力學和量子統(tǒng)計 學這些理論的應用發(fā)展而來。根據(jù)量子力學理論，任何物質(zhì)都呈現(xiàn)粒子與波（稱爲 物質(zhì)波*或德布洛利波-de BrogHc Wave）的雙軍性。在巨觀狀態(tài)下，此量子性的表格模板象完全可以忽略。而在微觀世界，德布洛利波 是明顯存在且可測定的物理量。例如一般家用電視之映像管爲產(chǎn)生影像所發(fā)出的 電子束，其相應的德布洛利波的波長約爲零點二奈米（2x10-10公尺），相當於一個 原子的大小這時電子的行爲呈現(xiàn)粒子與波動的雙重特性必須依循量子力學的

7、 規(guī)範。我們?nèi)粘Ｉ钪兴佑|的大多數(shù)物質(zhì)，是由超過兆億個原子以規(guī)則的排列形 成特定的結(jié)構(gòu)。以金飾爲例，一個普通的金戒指大約含超過兆億個（大於1023）金原 子。其基本單位是一個立方晶體的原胞，所有原子以週期性的排列組合而成。科 學家可以用量子力學原理僅就立方體的原胞結(jié)構(gòu)做計算，然後依週期性的展延得 到固體金塊的物質(zhì)特性。由此我們可以完全瞭解金塊之所以具有高導電性髙化 學穏定性、高熔點、具延展性及呈金黃色外觀等特質(zhì)。然而，在奈米尺度時，隨著尺寸的大小，其所含的原子數(shù)只約在幾十個到上 百萬個。此時，物質(zhì)不再具有前述塊狀系統(tǒng)所具有的結(jié)構(gòu)週期性特徴。在平常狀 態(tài)下系統(tǒng)內(nèi)的電子波的長度約與整個系統(tǒng)的大小

8、相當，這時電子的波動性在呈現(xiàn) 物質(zhì)特性時得以充分的展現(xiàn)，也就是量子效應將主導其物性行爲。奈米結(jié)構(gòu)的幾何形狀，表格模板面積的大小及相互之間的作用也將決定其性質(zhì)，而 展現(xiàn)出顯著改善或全然不同的物理、化學的特性和現(xiàn)象。例如金的奈米微粒，不 再具有導電性，其外觀顏色也隨顆粒大小而變，熔點下降到只有約攝氏六百度， 且具有異常高的化學反應活性，這與我們所熟悉的黃金特質(zhì)完全不同。因此，金 的奈米微粒，不再可用爲飾物，但它在如藥物輸送治療疾病上的應用，將有極大 的發(fā)展空間。精品文檔合集：【精編匯總版】小奈米合集】4/6精品文檔合集：【精編匯總版】小奈米合集】4/6PART4.由下而上之自組裝技術突破科學家早在

9、二十世紀中已開始認識到奈米世界可能帶來之寬廣的空間，但由 於缺乏有效可行的對微細結(jié)構(gòu)進行觀測與操控的技術而無多少進展。隨著半導體 微電子所需之由上而下蝕刻技術的發(fā)展及各種顯微技術-包括電子顯微技術、 掃描隧顯微術等的成功發(fā)展，到二十世紀末，科學家已可偵測及控制個別原子或 原子簇進而建造及瞭解奈米結(jié)構(gòu)。另一方面，由原子、分子由下而上之自組裝技術突破，使化學家們得以 開始設計超大分子及其他各種奈米結(jié)構(gòu)及材料。進一步探究這些奈米結(jié)構(gòu)所具有 的神奇功能。更重要的是，大多數(shù)的生物體的基本元素如DNA、蛋白質(zhì)等有機大 分子，即是以奈米結(jié)構(gòu)型態(tài)存在並運作。奈米科技的發(fā)展讓我們可以開始掌握瞭解這些奈米結(jié)構(gòu)的特

10、性，並將之聚合 成特殊功能的材料或新裝置，而得以有效率的製造或使用這些裝置。這些整體的 發(fā)展使我們得以踏上開解大自然奧秘的第-步，滿足我伊對大自然的好奇心。奈米級材料具有高活性、大表格模板面積、自我組裝、超晶格特性及特殊光電效應 等功能。透過這些奈米特性，將帶來新的突破。以新世代儲能産品爲例，除可提 供高儲能密度電池及高效率高壽命能源，來減少資源的消耗外:並可加速低污染、 高效能電池的開發(fā)腳步，以減少空氣汙染與石化能源的消耗。因此，奈米科技的 發(fā)展可以帶來新的能源開發(fā)與應用槪念，達到有效應用地球資能的願景。PART5.推動國家型硏究計畫科學隨著科學技術的發(fā)展，電子元件的細微化是必要的-控制在奈

11、米層次所 製造出來的奈米電子元件，在元件密度速度耗能及成本上的效益，將遠遠超 過現(xiàn)有的半導體技術。此外，利用生物分子爲出發(fā)點探討相關之奈米技術，如分 子光電元件、電子傳遞等，也將帶我們進入全新的領域。而結(jié)合生物材料或生物 技術，應用於生醫(yī)領域，如生物晶片、生物感測器的開發(fā)更進一步的我們可以 應用奈米科技製造人工視網(wǎng)膜、人工嗅覺、人工味蕾、人工神經(jīng)傳導來模仿生物 技能。明顯的，上述的發(fā)展將可以完全滿足我們希望元件更微小化的需求。如何將奈米科技的特性，轉(zhuǎn)成實際應用進而產(chǎn)生具體經(jīng)濟成效，是今日所有 科技發(fā)展先進國家重視奈米科技的最主要因素，也是我們建議推動國家型硏究計 畫的緣由。初期階段，考量目前產(chǎn)

12、業(yè)發(fā)展優(yōu)勢，以及未來奈米技術應用衍生的國 際間競合關係，我們將以加速結(jié)合國內(nèi)外科學技術的知識與經(jīng)驗，提昇及建立未 來產(chǎn)業(yè)發(fā)展之關鍵基礎環(huán)境能力，且以特定產(chǎn)品爲載具驗證奈米技術之實用性等 題重點。目前國際間奈米技術旅業(yè)化的發(fā)展尙屬萌芽階段。因此，我們應重視具創(chuàng)新 技術的發(fā)展活動和保障權(quán)益，使無形資產(chǎn)（如人才、智慧財產(chǎn)權(quán)）在未來知識經(jīng)濟產(chǎn) 業(yè)活動中發(fā)揮更積極的意義，縮減未來國內(nèi)產(chǎn)業(yè)與先進國家相同（或類似）產(chǎn)業(yè)附加 價値的差距，並漸漸形成與先進國的經(jīng)濟發(fā)展中產(chǎn)業(yè)間活動更堅實的互補關係。精品文檔合集：【精編匯總版】小奈米合集】5/6精品文檔合集：【精編匯總版】小奈米合集】5/6奈米介觀世界的特殊現(xiàn)象正逐漸被揭露，我們希望以此爲基礎，一方面進一 精品文檔合集：【