奈米知識教學園地 奈米是什麼？ 「奈米」是英文 nanometer 的譯名，還有一種說法是源自拉丁文「 NANO 」，意思是 「矮小」。奈米是一種長度單位，數學符號為 nm ；一奈米為百萬分之一公釐，也就是 十億分之一公尺（ 米），相當於 4 個原子的直徑，是 10 個氫原子並排起來的長度。 由奈米材料組成的物質，是看不到、摸不著的微細物質，如果用實物來比較：人的頭 髮一般直徑為 20 至 50 微米，約 2 萬至 5 萬奈米長；一個典型的病毒大約有 100 奈米長。 資料來源： 前言： 1996 年諾貝爾化學獎得主 Smalley 於 1999 年美國參議院奈米科技聽證會上強調：「奈 米科技對未來人類健康及生活福祉之貢獻，絕對不亞於本世紀為電子產品、醫學影像、 電腦輔助工程、人造高分子材料的總合貢獻」。隨科技發展日新月異，反應慢、笨重 的材料已日漸被淘汰，取而代之的是反應速度較快且體積微小的奈米材料。以長期的 眼光來看，Ｋ－１２之學生將是未來十至二十年台灣於各國奈米領域發展的競爭主力， 基於這樣的理念，相信向下紮根為人才培育工作首要之任務。 如果用一公尺來代表 地球 的直徑 那麼一奈米大約是一個 彈珠 的直徑大小！

大自然的奈米現象 當我們走過河邊或湖邊，偶爾可以看到鵝或鴨子在水中戲水 尋找食物，卻不見牠們羽毛被水弄溼，這是因為鵝毛、鴨毛是可 以防水的。牠們的羽毛排列非常整齊而緻密，毛與毛之間的縫隙 極細小，可以小到奈米尺寸，使得鵝或鴨子得以在水中保持身體 的乾燥。 由於雁鴨及鵝類動物其羽毛上具有奈米顆粒的防水結構，故 可浮於水面上。鴨、鵝羽毛排列非常緊密, 毛和毛之間的空隙有奈 米尺寸那麼小, 因此, 水分子沒有辦法穿過牠們身上的羽毛而沾附 在身上。當然, 在寒冷的冬天裡, 因為有不透氣的羽毛保暖, 鴨子和 鵝快快樂樂的戲水玩耍, 也不會冷呢！

大自然的奈米現象 蓮花效應是指蓮葉表面具有超疏水 (superhydrophobicity) 及自潔 (self-cleaning) 的特性。由於蓮葉具有疏水、不吸 水的表面，落在葉面上的雨水會因表面張力的作用形成 水珠，換言之，水與葉面的接觸角 (contact angle) 會大於 140 度，水珠與葉面接觸面積大約只佔總面積的 2 ~ 3% ， 只要將葉面傾斜，則滾動的水珠會吸附起葉面上的污泥 顆粒，一同滾出葉面，達到清潔的效果，達到自我潔淨 的效果，這就是蓮花總是能一塵不染的原因。 在電子顯微鏡下，蓮葉的表面具有大小約 5~15 微米 細微突起的表皮細胞 (epidermal cell) ，表皮細胞上又覆蓋 著一層直徑約 1 奈米的蠟質結晶 (wax crystal) 。蠟質結晶本 身的化學結構具有疏水性，當水與這類表面接觸時，會 因表面張力而形成水珠，再加上葉表的細微結構，使水 與葉面的接觸面積更小而接觸角變大，因此加強了疏水 性，同時也降低污染顆粒對葉面的附著力。 世人對蓮葉的這些特性並不陌生，但真正有系統地 研究與分析卻是最近幾年的事。 1997 年，德國波昂大學 的植物學家 Wilhelm Barthlott 針對這個特殊現象進行了一 系列的實驗，發現了上述蓮花的疏水性與自我潔淨的關 係，因此創造了「蓮花效應」 (Lotus effect) 一詞，從此以 後，蓮花效應就成了奈米科技最具代表性的名詞。 資料來源：

大自然的奈米現象 美麗的蝴蝶表現在蝶翼的色彩斑斕絢麗，服飾工業再怎麼先進也望塵莫及。 人類漂亮的衣著通常用染料來成色，蝴蝶卻只用無色的蛋白質，就能產生吸引 眾人目光的色彩，令人不禁要讚嘆大自然的巧奪天工。蝴蝶到底是怎麼做到的 呢？ 科學家利用電子顯微鏡解開了這個謎，原來構成蝶翼的鱗片表面有許多類 似樹枝狀的奈米結構，其細枝之間的距離約在 70~100 奈米，對光線而言，看 到的是兩種物質，也就是空氣和蛋白質組成的結構。空氣和蛋白質的折射率不 同，再加上這些結構是有些規則但又不是很規則，可反射部分顏色的光，並讓 其餘顏色的光穿透過去。經由光照射後就產生了所謂的彩虹效應。不同的結構 組合可以造成不同的顏色及圖案，當光與鱗片結構夾角改變時，會使鱗片結構 反射不同頻率的光，所以翅膀顏色會隨觀看角度而改變，這說明蝴蝶的翅膀為 何看起來如此五彩繽紛，讓我們有機會欣賞到千百種不同的美麗蝴蝶。 但就材料組成而言，這些不過是蛋白質，本身是無色的。大自然神奇之處在 於，它不只是利用元素或分子的本質特性、個體功能而已，更重要的是能以原 子、分子，甚或奈米點、奈米線為構件，自組裝成各種結構，因此產生全新的 特性或功能。 資料來源： ；

大自然的奈米現象 ◎ 攀爬高手壁虎 ◎ 壁虎是最常見的小爬蟲，時常在牆壁爬上爬下。 用顯微鏡觀察壁虎腳底，發現有 650 萬根細毛 (tiny hairs) ，每根細毛分成數百根細尖端 (tips) ， 每根細尖端的大小約 200nm 。每根細尖端可支撐 200mg 的重量，一百萬根便可舉起 20 公斤，細毛 利用分子間彼此吸引的凡得瓦爾力與各種物體表 面黏著，每平方吋可支撐 200 磅的重量。所以壁 虎的腳能輕易黏上天花板，並支撐自己身體的重 量。當要移動時，只需以 30 度角的方式拔起或撕 起，就可以輕鬆做到。

奈米科技的特殊性 (1) 特殊的光學性質 當金屬被細顆粒大小達到奈米尺寸時，即失去了原 有的金屬光澤而呈黑色並且產生吸收峰等離子的共 振頻移，產生新的光學特性， 。尺寸越小，顏色越 黑。由此可知，金屬奈米微顆粒對光的反射率低於 1% ，大約幾微米的厚度就能完全消光。利用這個特 性可以提高將太陽能轉變為熱能、電能的效率，不 同顆粒大小的遮蔽力將隨光波長大小而有所不同。 (2) 特殊的熱學性質 固態物質在大尺寸時，熔點是固定的，超細微化後 卻發現熔點有顯著降低，當顆粒小於 10 奈米量級時 特別顯著。例如，金的熔點為 1064 ℃ ，當顆粒尺寸 減小到 10 奈米尺寸時，則降低 27 ℃， 2 奈米尺寸時的 熔點僅為 327 ℃左右。隨著粒徑逐漸減小，表面原 子的比例也逐漸倍增，使得奈米材料的熔點降低。 奈米微粒在低溫時，具有熱阻小、熱導性極佳，因 此可做為低溫導熱材料。 (3) 特殊的磁學性質 人們發現鴿子、蜜蜂等生物體中存在奈米磁性顆粒， 這類生物在地磁場導航下能辨別方向，具有回歸的 本領。磁性奈米微顆粒實質上是一個生物磁羅盤， 透過電子顯微鏡的研究發現，在趨磁細菌體內通常 含有直徑約為 20 奈米的磁性氧化物顆粒。由於奈米 材料的小尺寸效應，使得磁有序態轉變成磁無序態， 因而產生新的磁學特性。當顆粒粒徑減小時，磁化 率隨之逐漸減少。 (4) 特殊的力學性質 陶瓷材料通常呈脆性，然而由奈米微顆粒壓製成的 奈米陶瓷材料卻具有良好的韌性。因為奈米材料具 有大的介面，而介面的原子排列是相當混亂的，原 子在外力變形的條件下很容易遷移，因此表現出甚 佳的韌性與一定的延展性，因此產生新奇的力學性 質，再加上極強的凡得瓦力的作用下，使得奈米複 合材料的強度、耐磨性、韌性、耐壓性、抗老化性、 緻密性與防水性等特性大為增加和改善。

奈米科技生活產品

奈米未來生活 在西元 1966 年「驚異大奇航（ Fantastic Voyage ）」電影中描述人類以微小化機器 進入人體的奇妙旅程。想像日後這類生物 分子推進器載運醫療器材與藥品可望放進 人體，進行清理血管、抵抗病菌等醫療行 為，就如同奈米機器人進入體內做診療的 幻想得以實現。 奈米碳管是一個非常強韌的物質，機械強 度非常好而且在反覆彎曲後也不容易斷裂， 它的強度約為鋼的 倍，但是重量卻 只有鋼的六分之一，是一種輕且機械強度 非常好的材料。在真空下奈米碳管可承受 約 2800 ℃，在一般大氣下，也可維持約在 750 ℃下，不被燃燒分解。 因此可以取代 現有的材料，建立太空天梯，實現人人都 可以去太空旅遊的夢想。 ocId=05D60F44E6DAC9B DD9D0 更多 奈米狂想