【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(lái)文/吳茂昆（中硏院物理所所長(zhǎng)、中硏院院士）2003.2.21 屮闔洋報(bào)制IU I版奈米科技正在創(chuàng)造新_波的技術(shù)革命與產(chǎn)業(yè)，預(yù)測(cè)未來(lái)的影響，將遍及儲(chǔ)能、 光電、電腦、記錄媒禮、機(jī)械工具、醫(yī)學(xué)醫(yī)藥、基因工程、環(huán)境與資源、化學(xué)工 業(yè)等產(chǎn)業(yè)。你還能不了解這項(xiàng)新科技嗎？PARTI.te件微小化旳難題物理科學(xué)有一們學(xué)問(wèn)熱力學(xué)，是探討熱與能及其相互關(guān)係的一門 學(xué)問(wèn)。今天所有的自

2、動(dòng)機(jī)械的發(fā)明即是以熱力學(xué)的科學(xué)基礎(chǔ)發(fā)展而來(lái)。熱力學(xué)定 律明確的闡釋個(gè)非常重要的自然法則：宇宙萬(wàn)物的總能源雖然亙古不變，但可 作爲(wèi)有效應(yīng)用的資源是與時(shí)消失的。這是所有物種均會(huì)老化，包括星球也會(huì)滅寂的自然規(guī)律。所以科學(xué)家努力從 事科學(xué)技術(shù)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(yīng)用自 然資源的方法。透過(guò)科學(xué)家們自十七世紀(jì)以來(lái)積極的探究與努力，經(jīng)歷了生產(chǎn)工具機(jī)械化； 能源通訊電磁化；以及應(yīng)用電腦的資訊網(wǎng)絡(luò)化三階段的工業(yè)革命，使我們今天得 以享受應(yīng)用微誼子科學(xué)技術(shù)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(wú)負(fù)面的。尤其進(jìn)入21世紀(jì)，這些髙科技將完全主導(dǎo)人類生活，勢(shì) 必造

3、成人類對(duì)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(zhǔn)的儀器和高速網(wǎng)路通道 的同時(shí)，硏發(fā)製作體積更小、重量更輕、能量密度更高、具經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保性 的各類元件，並開(kāi)發(fā)使自然資源的耗損降至最低的創(chuàng)新科技，是科學(xué)家當(dāng)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(dāng)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(yīng)用的效率上，更是有天壤2別。幸而，在上世紀(jì)末，由於科學(xué)與技術(shù)的快速進(jìn)步，讓我們可以開(kāi)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(yīng)用推進(jìn)。奈米結(jié)構(gòu)一方 面是一個(gè)令科學(xué)家們充滿了幻想的神奇領(lǐng)域，其整體的發(fā)展使我儼1得以踏上開(kāi)解 大自然奧秘的第一步，滿足我們對(duì)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(shù)瓶頸，也將因奈米科技的應(yīng)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(shù)革命與產(chǎn)業(yè)，它對(duì)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(shí)也會(huì)改變我們所能製作事物的本質(zhì)。 預(yù)測(cè)未來(lái)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(yīng)用及所建立 之精確量測(cè)技術(shù)的影

5、響，將遍及儲(chǔ)能、光電、電腦、記錄媒體、機(jī)械工具、醫(yī)學(xué) 醫(yī)藥、基因工程、環(huán)境與資源、化學(xué)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(zhǎng)度的單 位 數(shù)學(xué)符號(hào)爲(wèi)nm 一奈米爲(wèi)十億分之一米（或公尺）（lnm= lxl0-9m）。一個(gè)相 當(dāng)?shù)谋葦M是將地球縮小至直徑爲(wèi)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(wèi)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(xué)的規(guī)範(fàn)【時(shí)報(bào)科學(xué)與人文】版面推出後，李政道院士寫(xiě)的文章中指出，20世紀(jì)初， 科學(xué)槪念曾產(chǎn)生革命性的變化。透過(guò)普朗克、愛(ài)因斯坦、

6、波爾、海森堡、薛定格、 狄拉克、費(fèi)米等偉大物理學(xué)家的開(kāi)創(chuàng)性工作，建立了統(tǒng)馭微觀世界物質(zhì)運(yùn)行法則 的量子力學(xué)和量子統(tǒng)計(jì)學(xué)。幾乎20世紀(jì)所有的科技文明都由量子力學(xué)和量子統(tǒng)計(jì) 學(xué)這些理論的應(yīng)用發(fā)展而來(lái)。根據(jù)量子力學(xué)理論，任何物質(zhì)都呈現(xiàn)粒子與波（稱爲(wèi) 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(cè)定的物理量。例如一般家用電視之映像管爲(wèi)產(chǎn)生影像所發(fā)出的 電子束，其相應(yīng)的德布洛利波的波長(zhǎng)約爲(wèi)零點(diǎn)二奈米（2x10-10公尺），相當(dāng)於一個(gè) 原子的大小這時(shí)電子的行爲(wèi)呈現(xiàn)粒子與波動(dòng)的雙重特性必須依循量子力學(xué)的

7、 規(guī)範(fàn)。我們?nèi)粘Ｉ钪兴佑|的大多數(shù)物質(zhì)，是由超過(guò)兆億個(gè)原子以規(guī)則的排列形 成特定的結(jié)構(gòu)。以金飾爲(wèi)例，一個(gè)普通的金戒指大約含超過(guò)兆億個(gè)（大於1023）金原 子。其基本單位是一個(gè)立方晶體的原胞，所有原子以週期性的排列組合而成?？?學(xué)家可以用量子力學(xué)原理僅就立方體的原胞結(jié)構(gòu)做計(jì)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(dǎo)電性髙化 學(xué)穏定性、高熔點(diǎn)、具延展性及呈金黃色外觀等特質(zhì)。然而，在奈米尺度時(shí)，隨著尺寸的大小，其所含的原子數(shù)只約在幾十個(gè)到上 百萬(wàn)個(gè)。此時(shí)，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(zhǎng)度約與整個(gè)系統(tǒng)的大小

8、相當(dāng)，這時(shí)電子的波動(dòng)性在呈現(xiàn) 物質(zhì)特性時(shí)得以充分的展現(xiàn)，也就是量子效應(yīng)將主導(dǎo)其物性行爲(wèi)。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(xué)的特性和現(xiàn)象。例如金的奈米微粒，不 再具有導(dǎo)電性，其外觀顏色也隨顆粒大小而變，熔點(diǎn)下降到只有約攝氏六百度， 且具有異常高的化學(xué)反應(yīng)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(wèi)飾物，但它在如藥物輸送治療疾病上的應(yīng)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(shù)突破科學(xué)家早在

9、二十世紀(jì)中已開(kāi)始認(rèn)識(shí)到奈米世界可能帶來(lái)之寬廣的空間，但由 於缺乏有效可行的對(duì)微細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀測(cè)與操控的技術(shù)而無(wú)多少進(jìn)展。隨著半導(dǎo)體 微電子所需之由上而下蝕刻技術(shù)的發(fā)展及各種顯微技術(shù)-包括電子顯微技術(shù)、 掃描隧顯微術(shù)等的成功發(fā)展，到二十世紀(jì)末，科學(xué)家已可偵測(cè)及控制個(gè)別原子或 原子簇進(jìn)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(shù)突破，使化學(xué)家們得以 開(kāi)始設(shè)計(jì)超大分子及其他各種奈米結(jié)構(gòu)及材料。進(jìn)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(jī)大 分子，即是以奈米結(jié)構(gòu)型態(tài)存在並運(yùn)作。奈米科技的發(fā)展讓我們可以開(kāi)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(kāi)解大自然奧秘的第-步，滿足我伊對(duì)大自然的好奇心。奈米級(jí)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(yīng) 等功能。透過(guò)這些奈米特性，將帶來(lái)新的突破。以新世代儲(chǔ)能産品爲(wèi)例，除可提 供高儲(chǔ)能密度電池及高效率高壽命能源，來(lái)減少資源的消耗外:並可加速低污染、 高效能電池的開(kāi)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(lái)新的能源開(kāi)發(fā)與應(yīng)用槪念，達(dá)到有效應(yīng)用地球資能的願(yuàn)景。PART5.推動(dòng)國(guó)家型硏究計(jì)畫(huà)科學(xué)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子元件的細(xì)微化是必要的-控制在奈

11、米層次所 製造出來(lái)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(yuǎn)遠(yuǎn)超 過(guò)現(xiàn)有的半導(dǎo)體技術(shù)。此外，利用生物分子爲(wèi)出發(fā)點(diǎn)探討相關(guān)之奈米技術(shù)，如分 子光電元件、電子傳遞等，也將帶我們進(jìn)入全新的領(lǐng)域。而結(jié)合生物材料或生物 技術(shù)，應(yīng)用於生醫(yī)領(lǐng)域，如生物晶片、生物感測(cè)器的開(kāi)發(fā)更進(jìn)一步的我們可以 應(yīng)用奈米科技製造人工視網(wǎng)膜、人工嗅覺(jué)、人工味蕾、人工神經(jīng)傳導(dǎo)來(lái)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(shí)際應(yīng)用進(jìn)而產(chǎn)生具體經(jīng)濟(jì)成效，是今日所有 科技發(fā)展先進(jìn)國(guó)家重視奈米科技的最主要因素，也是我們建議推動(dòng)國(guó)家型硏究計(jì) 畫(huà)的緣由。初期階段，考量目前產(chǎn)

12、業(yè)發(fā)展優(yōu)勢(shì)，以及未來(lái)奈米技術(shù)應(yīng)用衍生的國(guó) 際間競(jìng)合關(guān)係，我們將以加速結(jié)合國(guó)內(nèi)外科學(xué)技術(shù)的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，提昇及建立未 來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展之關(guān)鍵基礎(chǔ)環(huán)境能力，且以特定產(chǎn)品爲(wèi)載具驗(yàn)證奈米技術(shù)之實(shí)用性等 題重點(diǎn)。目前國(guó)際間奈米技術(shù)旅業(yè)化的發(fā)展尙屬萌芽階段。因此，我們應(yīng)重視具創(chuàng)新 技術(shù)的發(fā)展活動(dòng)和保障權(quán)益，使無(wú)形資產(chǎn)（如人才、智慧財(cái)產(chǎn)權(quán)）在未來(lái)知識(shí)經(jīng)濟(jì)產(chǎn) 業(yè)活動(dòng)中發(fā)揮更積極的意義，縮減未來(lái)國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)與先進(jìn)國(guó)家相同（或類似）產(chǎn)業(yè)附加 價(jià)値的差距，並漸漸形成與先進(jìn)國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中產(chǎn)業(yè)間活動(dòng)更堅(jiān)實(shí)的互補(bǔ)關(guān)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(wèi)基礎(chǔ)，一方面進(jìn)一 精品文檔合集：【