主題探究教學 資訊融入「自然與生活科技領域」 「奈米」你好神! 種子學校：台中市立向上國民中學 教師團隊：楊福生、陳思親、林玉貞、黃崑龍、 黃燕倫、陳宜玲、古宜聖 中 華 民 國 九 十 三 年 二 月

奈米尺度 奈米(nm)與公里、公尺、公分都是長度的「單位」。 1奈米等於10億分之1米的一種長度單位(10-9 m)。 1奈米約等於頭髮直徑切成十萬分之一。 牛頓雜誌曾經以地球作比喻：       「一米」與「一奈米」的大小相比較，相當於地球的 直徑與地球上的一顆玻璃彈珠。可見奈米是多麼的微 小，它已經遠遠超過了人類 視覺可及的範圍。

奈米的尺度大小 米 (m) 毫米 (mm) 10m 100m 人高 細沙 微生物 頭髮 細胞 血球 細菌 病毒 高分子 糖分子 DNA 資料來源：工業技術研究院奈米科技研發中心 蘇宗粲 奈米的尺度大小 米 (m) 毫米 (mm) 10m 100m 人高 細沙 微生物 頭髮 細胞 血球 細菌 病毒 高分子 糖分子 DNA 氫原子 50~100m 微米 1m 100nm 10nm 奈米 nm 埃 0.1nm

資料來源：NCHC奈米科學研究小組 陳仕宏博士 奈米與自然- 蓮花(1)

奈米與自然- 蓮花(2) 蓮花葉片表面有許多突起的表皮細胞(5~15μm)，上面 覆蓋長約100nm的疏水性含蠟絨毛。 資料來源：工業技術研究院奈米科技研發中心 蘇宗粲 奈米與自然- 蓮花(2) 蓮花葉片表面有許多突起的表皮細胞(5~15μm)，上面 覆蓋長約100nm的疏水性含蠟絨毛。 由於此疏水效應，使葉面與水珠的吸附力量降低。

奈米與自然- 蓮花(3) 由於水珠在物體表面上的吸附力降低，使得水珠在物 體表面上可快速移動，在有足夠的動能條件下，可將 資料來源：工業技術研究院奈米科技研發中心 蘇宗粲 奈米與自然- 蓮花(3) 由於水珠在物體表面上的吸附力降低，使得水珠在物 體表面上可快速移動，在有足夠的動能條件下，可將 物體表面的灰塵或污染物清除。

奈米與自然- 海豚 海豚皮膚極為光滑，表面佈滿了奈米尺寸的微小突起 物，使得海中的有害微生物無法附著其皮膚上，海豚 的皮膚因此具有自潔功能。 資料來源：工業技術研究院奈米科技研發中心 蘇宗粲 奈米與自然- 海豚 海豚出水 海豚自潔效果 海豚皮膚極為光滑，表面佈滿了奈米尺寸的微小突起 物，使得海中的有害微生物無法附著其皮膚上，海豚 的皮膚因此具有自潔功能。

資料來源：台大醫學工程學研究所 林峰輝 奈米與自然- 昆蟲

資料來源：工業技術研究院奈米科技研發中心 蘇宗粲 奈米與自然- 鴨子 鴨子羽毛防水效果

奈米與自然- 蜻蜓 飛行中的昆蟲必須保持翅膀的平衡，即使沾有一點點 灰塵或水滴，皆有可能造飛行問題。 翅膀表面具有奈米構造，可減少污垢附著。 資料來源：工業技術研究院奈米科技研發中心 蘇宗粲 奈米與自然- 蜻蜓 蜻蜓 蜻蜓自潔羽翼 飛行中的昆蟲必須保持翅膀的平衡，即使沾有一點點 灰塵或水滴，皆有可能造飛行問題。 翅膀表面具有奈米構造，可減少污垢附著。

資料來源：台大醫學工程學研究所 林峰輝 奈米與自然- 飛蛾眼睛

資料來源：台大醫學工程學研究所 林峰輝 奈米與自然- 蝴蝶(1)

資料來源：中興大學材料工程學系 奈米與自然- 蝴蝶(2) 黑色 白色 黃色

奈米與自然- 龍蝦 生物體內存有奈米級的磁性粒子，這些奈米磁性粒子 即為磁場感應器，亦像是個生物磁羅盤，使這類生物 資料來源：工業技術研究院奈米科技研發中心 蘇宗粲 奈米與自然- 龍蝦 生物體內存有奈米級的磁性粒子，這些奈米磁性粒子 即為磁場感應器，亦像是個生物磁羅盤，使這類生物 在地磁場導航下能辦識方向，找到回家的路。

資料來源：工業技術研究院奈米科技研發中心 蘇宗粲 奈米與自然- 細菌

改變世界的奈米科技 序號 年 代 性 質 尺 度 性 質 ２１世紀 奈米化 奈米（ｎｍ） ☆體積小、傳輸高☆奈米技術 1 １８世紀中 機械化 年 代 性 質 尺 度 性 質 1 １８世紀中 機械化 ☆大量機器替代人力 ☆蒸氣機 2 １９世紀末 電氣化 毫米（ｍｍ） ☆內燃機與發電機 3 ２０世紀中 資訊化 微米（μｍ） ☆電腦的使用 4 ２１世紀 奈米化 奈米（ｎｍ） ☆體積小、傳輸高☆奈米技術

奈米的特性 表面效應 小尺寸效應 隨著顆粒尺寸的量變，在一定條件下會引起顆粒性質 的質變。 隨著顆粒直徑變小，比表面積（表面積／體積）將會 顯著增大。

奈米的特性- 小尺寸效應 小尺寸效應 尺寸在1～20奈米的金粒子，其物理及化學特性都和金 塊大不相同。 金塊的熔點是1063 ℃，然而奈米金粒子的熔點卻降到 700℃。而原先物性極為穩定的金塊，利用奈米技術微 小到尺寸只有5奈米的金粒子時，它的活性卻大幅增加 ，變成用途很廣的觸媒，除了可以拿來作為防毒面具的 活性劑之外，還可以取代昂貴的鉑，運用在汽車排氣 管內的觸媒轉化器。

奈米的特性- 表面效應 表面效應 ●超微顆粒的表面具有很高的活性，在空氣中金屬 顆粒會迅速氧化而燃燒。 ●利用表面活性，金屬超微顆粒可望成為新一代的 高效催化劑和貯氣材料以及低熔點材料。

奈米科技的應用- 奈米塗料 Lotus Effect 表面之微細結構 疏水特性 傳統塗料 不具表面微細結構 表面之疏水性較小 資料來源：工業技術研究院奈米科技研發中心 蘇宗粲 奈米科技的應用- 奈米塗料 Lotus Effect 表面之微細結構 疏水特性 傳統塗料 不具表面微細結構 表面之疏水性較小

奈米科技的應用- 蜘蛛人(1) 足底有 650萬根細毛 (tiny hairs) 每根細毛分成數百根的 tips (直徑~200nm) 資料來源：工業技術研究院奈米科技研發中心 蘇宗粲 奈米科技的應用- 蜘蛛人(1) 足底有 650萬根細毛 (tiny hairs) 每根細毛分成數百根的 tips (直徑~200nm) 一根細毛可支撐 20mg 重量，一百萬根可舉起 20公斤重量 (利用 Stanford 大學的 microscopic force sensor 測量) 利用分子間彼此吸引的凡得瓦爾力與各種物體表面黏著，每平方英寸可支撐 200 磅的重量

資料來源：工業技術研究院奈米科技研發中心 蘇宗粲 奈米科技的應用- 蜘蛛人(2) 壁虎與天花板，牆壁有很好的〝黏性〞無用久失效 的問題

奈米科技的應用- 保養品 優點 1. 增加活性成分吸收率、使產品更好吸收、效果發揮更快 2. 使活性成分更精確的到達皮膚深層發揮作用 資料來源：工業技術研究院奈米科技研發中心 蘇宗粲 奈米科技的應用- 保養品 一般保養品 奈米保養品 優點 1. 增加活性成分吸收率、使產品更好吸收、效果發揮更快 2. 使活性成分更精確的到達皮膚深層發揮作用 3. 大大降低刺激性及過敏發生機會 4. 結合「長效釋放控制技術」活性成分更安定、效果更持久 5. 較少的劑量就可以達到更高效率的效果

資料來源：工業技術研究院奈米科技研發中心 蘇宗粲 奈米科技的應用- 奈米外套 遠紅外線奈米尼龍纖維和外套

資料來源：台大醫學工程學研究所 林峰輝 奈米科技的應用- 藥物傳輸

資料來源：台大醫學工程學研究所 林峰輝 奈米科技的應用- 辨視癌細胞

資料來源：工業技術研究院奈米科技研發中心 蘇宗粲 奈米科技的應用- 氣體屏蔽產品 Reebok

資料來源：工業技術研究院奈米科技研發中心 蘇宗粲 奈米科技的應用- 超級士兵

資料來源：工業技術研究院奈米科技研發中心 蘇宗粲 奈米科技的應用- 太空天梯

資料來源：http://www.nanouser.com.tw/product.htm 奈米科技的應用- 奈米清潔棉

奈米科技的應用- 奈米馬桶 以馬桶來說，國外已經有用奈米技術來製造的 馬桶，表面不容易附著髒東西，可以省下許多沖馬 桶的水；另外，以流體力學設計的馬桶會使沖刷更 容易，這些水省下來，同樣也節省了將水回收再利 用的能源。

奈米科技的應用- 光觸媒(1) 光觸媒：與光有關係的催化劑 。以光線(如紫外線)為驅動源，促進物體(物質)氧化或還原的一種觸媒。 資料來源：http://www.cdm.com.tw/nano.asp 奈米科技的應用- 光觸媒(1) 光觸媒：與光有關係的催化劑 。以光線(如紫外線)為驅動源，促進物體(物質)氧化或還原的一種觸媒。

奈米科技的應用- 光觸媒(2) 奈米涼風扇 奈米口罩

END 瞭解自然、 師法自然、 融入自然 -中興大學吳震裕