奈米科技

最近更新時間: Sat, 01/14/2006 11:24 AM


奈米科技 (聯合報92/6/1專題報導)

奈米科技

奈米光觸媒

奈米與生物(聯合報93/4/10報導)

奈米鑽石(2006/1/14報導)


 

奈米的由來

記者李名揚

最先提出人類有可能在奈米層級做各種應用的,是一九六五年諾貝爾物理獎得主費曼,他也是知名的科普作家,在一九五九年提出「將大英百科全書全部寫在一個針尖上」;以現在的科學觀點來看,只要縮小四千萬倍就行了。

對物理學家而言,奈米級物質太小,很難觀察、控制;但對化學家而言,奈米級物質卻太大,因為可以包含幾百個原子、分子,彼此間交互作用太複雜。一九七○年代末期,隨著科技進步,科學家發現,奈米級大小、介於巨觀和微觀之間的「介觀」物理現象,值得進一步研究。

一九八○年代,電子掃描穿隧顯微鏡(STM)、原子力顯微鏡(AFM)、近場光學顯微鏡(SNOM)的出現,提供科學家觀測、操控奈米尺寸原子、分子的「眼睛」和「手指」;八○年代後期,已有大量科學家進入奈米相關基礎研究領域。

首先由政府公開將奈米列為重點研究項目是日本,在一九九○年代初期投入大筆經費,「奈米(Nano Meter)」一詞就是在此時由日本提出;美國則因經費、人力充足,各方向研究包括奈米領域,一直都很多,也維持相當領先地位。

台灣在一九九七年,開始有設立國家型計畫構想,隔年國科會規畫奈米尖端計畫,今年正式成為國家型計畫,吸引學術界大量投入;工研院也在去年正式成立奈米科技研發中心,朝奈米科技應用層面全力發展。


【 2003-06-01/聯合報/A11版/探索 】


奈米的應用

記者李名揚

奈米就是十億分之一公尺,若將台灣島縮小為十億分之一,大小約和一粒鹽差不多;原子直徑平均約零點二奈米,去氧核醣核酸(DNA)直徑二點五奈米,生物細胞一千奈米,打針時的針孔約一百萬奈米。

同樣的物質在傳統大尺度與奈米尺度中,會表現出完全不同的透光、導電、導熱、磁性等物理性質,另外腐蝕、氧化等化學作用穩定性也不一樣;也就是說,進入奈米尺度後,所有物質都等於變成一種新物質,這也是奈米科技發展無可限量的原因。不過這些應用大都屬於高科技產業領域,坊間現有的奈米產品,仍以傳統產業為主,利用「微小」的特性加強原有產品性能。

一般定義小於一百奈米的顆粒就是「奈米級」,製作出來的產品就是奈米產品,這種極微小顆粒可填平凹凸表面、透光性高(小就是薄)、可穿過皮膚以及人體容易吸收;還有就是微小物質的表面積比例較大,可提高遠紅外線物質、負離子物質、光觸媒的工作效率。

舉例來說,以八塊小方糖和用八塊小方糖組成邊長兩倍的大方糖相比,兩者體積一樣,但八塊小方糖表面積有四十八面(每塊六面乘以八塊),而大方糖卻只有廿四面(每面為小方糖四倍,共六面),由此可知微小顆粒的表面積比例較大。

由於遠紅外線物質、負離子物質、光觸媒都不太便宜,若是粒子太大、表面積比例太小,效率無法充分發揮,不符合成本效益,奈米科技正好能突破此一困境,這也是近年來相關產品能陸續上市的主因。

【 2003-06-01/聯合報/A11版/探索 】


奈米生活化 吃穿用離不開它

奈米科技被視為第四波工業革命 許多應用產品已悄悄走入生活 商品冠上「奈米」熱賣到不行

記者李名揚/專題報導

前 言

現在最流行的商品,非冠上「奈米」不可,尤其台灣面臨SARS威脅後,奈米口罩、奈米空氣清淨機等防疫商品,更是熱賣到不行。「奈米科技」已被視為是繼第三波「資訊革命」之後,第四波對人類生活型態造成嚴重衝擊的工業革命,許多應用奈米科技的民生產品,已悄悄入侵人類生活,造成許多完全超乎想像的變化。


「奈米」既非蓬萊米、也非在來米,而是一種極微小的長度單位,也是現今最流行的科技名詞,聽起來很「高科技」;但早在我們身邊眼睛看得到、鼻子聞得到、舌頭嚐得到、雙手摸得到的生活環境中,已有許多奈米產品,在不知不覺中介入我們的生活

牛奶添加鈣鐵 奈米化更順口

現代人愈來愈講究健康,奈米技術也被應用到食物上,例如小孩子成長過程中必須多喝的牛奶,一般是碳酸鈣和焦磷酸鐵,若多添加鈣、鐵,營養會更好。但是碳酸鈣加多了,會容易沈澱,若因避免沈澱而多加安定劑,牛奶又會變得過於濃稠不好喝;而焦磷酸鐵被人體吸收率較低,但若換添加其他鐵化合物,牛奶易產生鐵蚳,甚至變成淡紅色。

統一企業中央研究所經理蔡坤樹指出,只要將碳酸鈣和焦磷酸鐵做成奈米級大小的超微細粒子,加入牛奶中,因為碳酸鈣粒子變小,不易沈澱,就可減少安定劑用量,使牛奶較為順口;而焦磷酸鐵變成超微細粒子後,較容易被人體吸收,也可彌補原有缺點。

九鼎生技公司研發總監楊建新說,只要使用奈米粉化技術,再額外控制溫度、濕度,就可以在不破壞天然物情形下,將細胞膜和細胞壁打碎,取得其中醫療成分,自由運用;目前台灣已有美容用品、飲料、保健食品中,添加這樣製作出來的「奈米化中草藥」,未來應用範圍還會擴及麵食、布料和油類。

存放食物的冰箱也有奈米產品,東元科技冷氣電化廠技術中心經理林詩良表示,冰箱的蔬果箱和冷凍、冷藏之間的微凍室表面,可以塗上一層奈米級遠紅外線塗料,這種塗料可吸收冰箱中些微熱量而放出遠紅外線,遠紅外線會促進細胞活化,可讓食物保鮮。

奈米布料穿出健康 搶攻市場

奈米科技還可幫助人們「穿」的健康,中華綠纖維公司總經理鄭富仁指出,國內已可將會放出遠紅外線和會產生負離子的兩種奈米級材料,一起跟纖維組合,紡成紗再織出具備保暖、抗菌、除臭功能的布料,然後做出各式衣服以及現在最熱門的商品-口罩;由於材料極微細,是包在纖維之中,所以不必擔心洗滌後會喪失功能。

和中華綠纖維合作的工研院材料所研究室主任鄭世裕解釋,人體細胞可直接吸收遠紅外線,作為攝食以外另一個吸收能量的途徑,因此遠紅外線可促進細胞活化,也可保暖;負離子則會抑制細菌成長,並把產生臭味的酸性物質中和。

鄭富仁說,國外雖有類似產品,但用的都是纖維較長、較易紡紗的人工製品,做成衣服後透氣性較差;台灣原是紡織王國,經過研究,終於做出材質較細較好的天然纖維奈米布料,搶攻國際貼身衣物、襪子、手套、寢具市場。

另外還有奈米OK繃和痘痘貼,用的是一樣原理,只是布料不用那麼細,因此可以增加遠紅外線和負離子材料劑量;鄭富仁表示,奈米OK繃和痘痘貼可以預防細菌感染,又可促進細胞活化,減少傷痕,他認為是「衛材大革命」。

衛浴塗上奈米釉 不易沾汙垢

每天都會使用到的馬桶、臉盆等陶瓷做成的衛浴設備,看起來、摸起來都非常光滑;但若用高倍率顯微鏡檢視,會發現其實陶瓷表面非常凹凸不平,因此汙垢容易沾附,細菌隨之產生。

和成公司和東陶公司都已發展出奈米級釉料,和成公司材料研究部經理陳世傑表示,奈米級釉料顆粒非常細,鋪在陶瓷表面就像是在粗糙的水泥牆上塗抹一層油漆,讓表面變得非常光滑,汙垢就不容易附著。

二氧化鈦接受紫外光照射後,會氧化分解有機物,達到殺菌、脫臭效果,稱為「光觸媒」;國內已有家電廠商推出奈米光觸媒冷氣、空氣清淨機、除濕機和電風扇,讓民眾在汙濁的城市中,仍能呼吸到乾淨空氣。

大同綜合訊電公司總經理辜文陽指出,光觸媒顆粒若太大,殺菌、脫臭效率就不高,現在可以做到奈米級大小,才符合成本效益。只要鍍在冷氣、空氣清淨機、除濕機濾網表面,再以紫外燈管照射,當空氣經過濾網,就會發揮作用;只要濾網表面維持乾淨,殺菌、脫臭效果就會存在。

另一種作法則是將奈米級大小光觸媒,直接鍍到日光燈管玻璃纖維表面,台灣日光燈納米科技部經理黃處俊表示,由於材料粒子極小,完全不會影響玻璃透光性,而且鍍在相較之下凹凸不平的燈管表面,也非常牢固。

黃處俊說,家電產品加裝空氣清淨燈管的已有烘碗機、電熱器和捕蚊燈,但最引人注目的還是電風扇,因為電風扇可四季使用,而且由於燈管表面積很大,清淨空氣效果很好;加上最近SARS引起恐慌,市面上這項產品已賣到缺貨。

新美光公司研發工程師陳修斌解釋,「染料」會溶於水,溶解後粒子大小遠小於一奈米,但液晶螢幕上必須使用不溶於水的「顏料」;用最新技術研磨出來的奈米級顏料粉末,顆粒比傳統顏料小很多,可增加液晶螢幕透光性,色相較純。

應用在高球桿頭 球飛得更遠

高爾夫球近年來成為一種時髦運動,中國砂輪公司副總經理宋健民指出,高爾夫球第一桿都要儘量求直求遠,桿頭愈硬愈平滑,可減少打出去的球旋轉,球就會飛得更遠。

過去人們在高爾夫球桿頭塗油,讓桿頭變平滑,但必須經常塗,而且會使桿頭看起來髒髒的;奈米高爾夫球桿頭是在桿頭表面鍍一層人工鑽石薄膜,用奈米級顆粒將顯微鏡下凹凸不平的桿頭鋪平,使桿頭變得堅硬而平滑。

現代女性愈來愈重視美白、除皺、瘦身,但因人體皮膚具有保護作用,許多保養品會受到排斥,無法穿透皮膚進入深層發揮作用;而且塗在皮膚表面的保養品,也易刺激末稍神經造成過敏。

聖兒莉國際公司執行長羅宏丞指出,若用果酸聚合物做成大小不到一百奈米的空心小球,將適當保養品裝在其中,就可穿過寬約兩百奈米的表皮細胞間隙,到達皮膚深層;只要事先計算得當,這些空心小球會在適當時機因經不起抗體持續攻擊而破碎,放出內裝保養品發揮功用,同時保養品也不會直接接觸皮膚表面造成過敏。

至於可被人體吸收的縫合線和骨釘也是奈米科技產物,硅石生技公司代總經理周祖銓表示,過去開刀縫合後要拆線,骨頭斷裂後植入的不鏽鋼骨釘也要再開一次刀取出;現在已可用奈米級玉米澱粉顆粒和類似葡萄糖結構的聚乳酸顆粒,混和做出會被人體吸收的縫合線和骨釘,讓傷者免去拆線或多挨一刀的痛苦。


【 2003-06-01/聯合報/A11版/探索 】



奈米把世界變天方夜譚


四季穿同一套衣服不用換洗、背著人工魚腮水底悠游、戴副眼鏡夜間看書不用點燈…

本報記者李名揚

想像以下這些畫面:所有電器產品只要照射陽光就可運作;人類四季都穿同一套衣服,可維持適當體溫又不需換洗;戴副眼鏡就在深夜不用點燈就能看書;背著人工魚腮就可在水底自由呼吸,不受氧氣瓶時間限制……

在生物世界中,這些都沒什麼稀奇:植物葉綠素吸收太陽光產生能量,動物一年四季都穿同一套毛皮,貓咪在夜間視物有如白晝,魚類從不會在水裡淹死……

「生物界有許多特殊功能,若要用物理或化學來解釋,很可能都是細胞分子、原子在奈米尺度下,自然做到的能量轉換、光線聚集、物質交換作用。」奈米國家型科技計畫共同主持人、中央研究院物理所所長吳茂昆勾勒奈米應用的遠景指出,「若人類能掌握這些作用機制,就有可能用人工方式,達到相同狀態,到時各種現在看來是天方夜譚夢想,就有可能實現。」

奈米國家型科技計畫另一位共同主持人、工研院副院長楊日昌則認為,「奈米科技幾乎是為台灣『量身訂做』」,因為台灣和韓國是現在世界上製造業最強的國家,台灣許多傳統產業年來已懂得要追求具備更多功能、可提供更好服務的產品,奈米科技正好為這方面打開一扇門。

楊日昌分析,往後三、四年,奈米科技應該還是會在傳統產業領域有較多應用,未來高科技奈米產業會愈來愈蓬勃;根據國外估計,全球奈米產業產值會在二○一○年達到一兆美元。他強調台灣必須提出策略性發展措施,幫助奈米產業成功,否則問題會「非常嚴重」。

在可預見的未來,滾筒式及可繞式顯示器、半導體中用光取代電以減少能量損耗的光子迴路、可待機五十天的行動電話微型燃料電池等,都有機會在工研院協助下,成為國內高科技奈米產業的先驅者;楊日昌預言,未來奈米科技會充斥在人類身邊所有商品之中,到時候世界變成什麼樣子將「無法想像」。


【 2003-06-01/聯合報/A11版/探索 】


奈米口罩抗煞?沒人打包票

研究證實可抗菌、抑菌 尚未針對病毒做實驗

記者李名揚/台北報導

為因應SARS來襲,標榜抗菌、抑菌的「奈米口罩」大賣,但目前尚無研究證據證明奈米口罩可抵擋SARS病毒;另外在總統府使用「奈米光觸媒」消毒後,也帶動一片風潮,不過據業者指出,國內只有三家合法代理商律海、立天、微信有能力進行這種消毒工程。

市場出售的奈米口罩有三種,包括奈米光觸媒口罩,就是在口罩外面加上一層奈米光觸媒;另外兩種是國內公司自行研發,中華綠纖維是將會放出負離子物質做到奈米級大小,紅典則是將一種特殊抗菌陶瓷做到奈米級大小,再將這些微小粒子放進纖維中間,紡成紗再織成布。

和中華綠纖維合作的工研院材料所研究室主任鄭世裕指出,負離子確定對抑制細菌有效,但對防止病毒是否有效沒有人能確定。紅典協理藍淑慧也承認,目前還沒有人用抗菌陶瓷針對病毒做過實驗;勞工安全衛生研究所專家因此建議,平常戴奈米口罩可以,但若要去醫院這種高危險區域,最好還是戴N95口罩。

有關「奈米光觸媒」,律海企業常務董事錢翔羽表示,目前證實奈米光觸媒對金黃色葡萄球菌、嗜肺退伍軍人桿菌等有殺菌效果;雖然未針對病毒做過實驗,但從去年起陸續花費五千多億日圓在大樓、地下鐵、柏油馬路噴灑奈米光觸媒的日本,至今尚未傳出SARS病例,他認為這代表奈米光觸媒對病毒也有效果。


【 2003-06-01/聯合報/A11版/探索 】


過度消費奈米 恐戕害發展

陳文卿/科技服務(新竹市 )

SARS疫情炒熱了光觸媒,也引來社會的熱烈討論。許多人皆同意讓社會大眾瞭解光觸媒的功能與正確的使用方法,是有必要的,但是也有不少民眾因看到目前市面上的光觸媒產品中,有宣稱在室內不須特別的光源仍有其功能者,而感到疑惑。個人認為有必要為大家說明清楚。

要能激發二氧化鈦光觸媒表面電子所需的能階,主要是落在紫外光範圍內。但是紫外光對人體尤其是眼睛有害,故在人體接觸範圍內應避免紫外光直射是一種常識,因此造成光觸媒在應用上的難題。

許多人的疑問是,如果不特別使用紫外光是否可能有功效?其答案是白天開窗的室內由於仍可以有一點點的太陽光餘暈入射,而含有些微紫外光;或如果將光觸媒擺的位置盡量貼近燈具,理論上是有可能將微弱的紫外光集收而供利用。再加上假若光觸媒的粒徑可以做到極小,並能想辦法大幅提升光照之表面積,則有機會利用此微弱之紫外光源以激發光觸媒電子,進而產生具氧化能力的「氫氧自由基」。但其重點是塗在物體表面的光觸媒是否確實均勻且維持奈米的粒徑,因為採用之原料為奈米粉體,若施工方法不正確恐怕亦無法確保呈現出奈米的性質。

明乎此就知道,光觸媒必須靠紫外光才能彰顯其功效,而如何藉由改良以獲得既方便且效率又高的紫外光波乃是重點。奈米光觸媒不論在國內外都是一種極受重視的科技,但是如果大家過度消費「奈米」,在一窩蜂熱潮中搶搭奈米列車卻未識所以,恐將戕害本技術發展的契機,因此積極建立相關的品質驗證制度乃當務之急。


【 2003-06-01/聯合報/A15版/民意論壇 】


 

 

 

 

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