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※請按以下的超連結，進去找答案※ l 說明：奈米尺度大小 1. 奈米是什麼？ 3. 奈米科技在研究什麼？ l 探索：自然界的奈米現象 l 應用：奈米科技在生活中的應用 l 驗證：奈米產品的真相只有一個 l 思考：奈米科技對人類社會的影響 l 說明：奈米尺度大小 奈米，英語稱為nanometer，符號 nm,，字首 nano的意思是希臘文中的「侏儒」，meter是米「公尺」的意思。奈米是一個長度單位，指的是1米的十億分之一(10-9m)。 人的眼睛可看到幾毫米(mm)大的螞蟻或塵埃，光學顯微鏡可觀察到微米級(um)的細胞或細菌；電子顯微鏡可觀測到奈米級(nm)的病毒或DNA內部結構。
如果以奈米為單位來說明，一根頭髮就有200,000奈米粗；人體細胞大約有10,000-20,000奈米大；細菌的大小約在數百到1,000奈米間；病毒則在10-100奈米之間，DNA大約為2.5奈米大小。1奈米大約是10個氫原子排起來的長度，或100個電子排列起來的長度；1米和1奈米相比，就像1個地球比起1粒彈珠的大小一樣，由此可見奈米有多微小了。 誰能測量得越精準？誰就能掌握科技的秘密。就好比紀弦（中國古代射箭高手）學射箭一樣，將靶心看得像車輪一樣大，就能瞄得精準。農業時代人類僅能測量的長度約一公分或數公厘；電子時代，科技要進步到能掌握奈米尺度才是贏家。因為當物體的大小與結構，改變到奈米的尺度大小時，它的物理特性、化學特性也可能隨之而改變，認識奈米尺度大小，可以讓我們一同去面對與關心奈米科技對人類社會的正向影響與負面影響，它的概念圖如下。
奈米科技(Nano-technology)是一門應用科學，由於許多物質的特性在奈米尺度下會改變，例如：質量變輕、表面積增加、熱導度和導電性明顯改變等，可以衍生出許多新的應用，製造許多好用的奈米材料。因此，奈米科技的研究重點是在於將「1至100奈米」尺度下的物質特殊特性，運用適當的技術、製程與設備，把原子、分子重新組合成新的奈米結構材料，使它們產生新功能。 l 探索：自然界的奈米現象 1. 蓮葉現象：蓮花為什麼出淤泥而不染？ 談到自然界的奈米現象，最為人所知的就是「蓮葉現象」，也就是「出淤泥而不染」，到底蓮葉是怎麼做到的呢？ 用手觸摸蓮葉，有著絲絨的光滑觸感，但是掃描式電子顯微鏡下的蓮葉，卻一點兒也不光滑。在蓮葉的表皮細胞上，有大小約5-10微米的細微突起，上面覆蓋著一層大小約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，所以水滴不易附著在葉片上。 當水與蓮葉表面接觸時，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(大約只佔水珠總面積的2-3%)，而接觸角變大(甚至可達140度以上)。如果將葉面傾斜，滾動的水珠就會把原本無法附著在蓮葉表面的灰塵，一同滾出葉面，達到清潔的效果。這就是蓮葉表面的「超疏水性」和「自潔作用」。
蓮葉現象目前已經運用在許多產品上，為我們的生活帶來更多便利，如不易濕的奈米紙、奈米布、奈米傘、疏水性汽車擋風玻璃、在馬桶內側、玻璃、磁磚表面塗上自潔塗料，製成奈米馬桶、奈米鏡面、奈米磁磚等，都已經是一般人耳熟能詳的產品了。 蝴蝶真美麗！在絢麗的蝴蝶翅膀中，隱藏了改變你我生活的科學原理—彩蝶現象；例如「液晶螢幕顯影技術」、「光纖」等產品的研發，就是這個原理激發出來的新思維！
在電子顯微鏡底下，可以看見蝴蝶的翅膀，是由一層一層，像屋瓦一樣的鱗片構造組成。每一個鱗片表面，都有類似「樹枝狀」的奈米結構，這些樹枝狀奈米結構是由幾丁質當骨架，蛋白質當膠結物，並以70-100奈米的間距排列而成。 當光線入射蝶翼時，會進入空氣和蛋白質這兩種不同介質中。而空氣和蛋白質的折射率不同，且這些結構有些規則，但又不是很規則，所以當可見光照射後，就產生了所謂的「彩虹效應」。 因為不同的結構組合，就形成不同的顏色和圖案。孔雀五彩斑斕的羽毛、金龜子亮晶晶的外殼、蛋白石、魚鱗等，都因不同的排列而產生類似的現象。這些炫麗的顏色，還會隨著觀看者的角度不同而改變。這是因為這些物質都有「光子晶體」的結構。 光子晶體並非某樣物質的名字，而是指由不同折射率的物質呈特殊的週期性排列而形成的顯微結構，這樣的排列可以反射特定波長的可見光。 光子晶體可應用於許多光電元件和材料，包括：高效率LED、液晶顯示器、發光二極體、光纖通訊、光波導、半導體雷射、發光二極體、多工器和分工器、動態增益平衡器、高效率開關、光路由器、高敏感度的感測器、寬頻光源產生器等，可以大量減少體積，達成輕、薄、短、小的要求，在體積光學應用上十分重要。這些電子產品已經成為現代人生活必備的物品！ 在武俠小說裡，高手總有著飛簷走壁的本領，自然界中能飛簷走壁的高手，首推壁虎。但是，為何壁虎有這等高深的武功呢？
科學家發現，壁虎腳底構造分三層，分別由皮瓣--剛毛--匙突所組成。在壁虎的腳趾上，長有數百萬根的細毛--剛毛，每根剛毛的尖端，又分出幾百根奈米級(約200nm)的突起-匙突。因為微米尺度的剛毛可以任意捲曲壓縮，加上剛毛上總計數億根奈米尺度的角質素細毛--匙突。可以伸入絕大部分物質的小縫隙。當這些匙突和物體表面接觸時，就可以利用細毛和牆面之間微小的分子間作用力-凡得瓦力來相互吸引，力量也大到足夠支撐壁虎整個身體的重量，能讓壁虎自由地在牆壁上垂直移動。更神奇的是，雖然數億根匙突與接觸物表面會產生大量的凡得瓦力，但只要將匙突彎曲到30度角，腳底就能輕鬆離開接觸面，並且不會留下任何痕跡。 目前應用壁虎現象開發的仿生產品有： 1. 壁虎膠帶（gecko type）: 這是一種柱狀的彈性塑膠，密佈著無數細微構造，不但可以發揮最大的黏著作用，而且可以自行清理，重複使用。2006年，卡美基美隆(Carnegie Mellon)大學機械工程系的助理教授Metin Sitti帶領的研究團隊模擬匙突，先模擬壁虎構造，再調整角度約為28度。正向施壓時，由於接觸面積增加，可增強粘著力；反向施壓時，減少接觸面積，即可放開。2012年2月，日東電工開發「壁虎膠帶」並用於商業用途。這款壁虎膠帶以每平方公分100億根的密度密集地排列了直徑由幾奈米到幾十奈米的碳奈米管（CNT）。面積僅1平方公分左右的膠帶，就可保持 2. 「壁虎手套」和「壁虎機器人」：2008年，業餘攀岩愛好者沃林斯基小姐（Lynn Verinsky）使用美國羅伯特福(Robert Full)教授設計的「壁虎手套」—實際上是「壁虎板子」，成功爬了一段垂直的牆壁。羅伯特福教授並成功製造出壁虎機器人，在學術研討會上發表。 3. 乾溼兩用壁虎手術膠帶：未來若能在濕的環境下運作「壁虎膠帶」，就能應用在醫療上；例如使藥物粘貼片不會因為皮膚流汗而滑落，或將「壁虎膠帶」用在外科手術接合上，並能重複使用。若能開發成功，將是醫學上的一大突破與福音。 人們航行在茫茫大海中，要經由羅盤或GPS導航，才不會迷路。自然界中的候鳥、鯨豚、海龜、鮭魚、龍蝦等，為何可以年年去而復返不迷路？蜜蜂、鴿子又是如何找路回家呢？介紹您認識神奇的天然導航定位系統--「奈米磁顆粒現象」。關於生物如何辨認方向，過去科學家有很多種解釋，例如太陽的方位、特殊的氣味等；現在另一種發現，就是利用地球現有的磁場作為辨識方法。 佛羅里達外海的龍蝦有集體遷徙現象，因此科學家設計了一個實驗，將龍蝦圈養在養殖池內，發現龍蝦有往一邊集中的現象，但是當科學家改變圈養池外磁場的極性時，龍蝦就會往相反的方向移動。科學家也發現工蜂腹部的滋養細胞(trophocyte)中有數顆微小的磁鐵顆粒，每顆磁鐵內，含有八千多個密集的「超順磁粒子」；藉由此磁感粒子，感應地球的磁場，就能辨別方向的存在。
奈米磁顆粒可以應用在以下方面： (1).生物醫學方面：包括核磁影像檢測、標靶藥物導航、基因篩選、細胞分離、腫瘤治療等生醫用途。例如「標靶藥物導航」，就是以奈米磁顆粒作為藥物的載體，引導藥物選擇性地到達患部，以集中藥物效果，並減少對其他正常細胞的毒害。 (2).晶圓原子操控：利用原子操控技術，可以精準控制晶圓上矽原子的排列方式。 l 應用：奈米科技在生活中的應用 石材產業是花蓮地區的重要產業，目前花蓮的石材業積極應用奈米科技，提升石材產品的防污抗菌效果，為產品加值。其應用方式大致有兩種： (1).奈米塗料：在石材表面噴塗奈米石材防護劑，增強石材表面疏水性，保護石材隔離汙染源，屬於蓮葉效應的應用。 (2).光觸媒處理：以滲入型光觸媒處理石材，讓石材達到防霉抗菌的效果，如奈米光觸媒抗菌陶瓷面磚、奈米銀抗菌大理石、奈米光觸媒脫臭塗料等，大大提升建材的自潔作用。
太魯閣族鑄刀歷史悠久，刀形像是個彎月，又被稱為彩虹刀，是男人的專屬品。太魯閣族鑄刀過程嚴謹，經過多次鍛燒，把燒熱的鐵放到水中，降溫、再升溫的淬煉，讓分子奈米化，鑄造的成品鋒利耐用，花蓮鯉魚潭附近的銅門彎刀，遠近馳名。 生鐵含碳多，堅硬易折斷，而純鐵過於柔軟無法磨利，因此，鑄劍要加入碳、矽、鋁等元素，碳鐵合金經過多次焠煉，當出現適當的合金比例，而且碳晶粒奈米化之後讓金屬排列整齊時，就可鑄造出一把削鐵如泥的寶劍、寶刀了! 奈米合金材料並不是現代的新發明，人們早就已經開始使用奈米材料了。德國材料學家包福樂，發現烏茲鋼材的結構是一種奈米碳管結構的材料。中國古代的鑄劍大師，如干將、莫邪，也會鑄造含有奈米結構的寶劍，越王寶劍的表面有一層鉻鹽化合的奈米晶粒；青銅劍若含有奈米晶粒結構，可增加鋒利度。
資料與圖片來源：奈米古代應用 貝殼的主要成份是碳酸鈣，碳酸鈣極脆，但是貝殼卻堅硬無比，每平方公分面積的貝殼可承受一百公斤的施力，這是為什麼呢？在電子顯微鏡奈米尺度下的蚵殼結構，有機物(以蛋白質為主)將碳酸鈣以層狀方式堆疊成奈米複合材料，就像蓋房子在磚塊與磚塊之間加上一層水泥一樣；碳酸鈣就像磚塊，有機物就好比水泥一般。 人類模仿貝殼的奈米結構，開發各種奈米陶瓷材料，突破陶瓷的易脆(破碎)性，在陶瓷材料的層與層間使用石墨粉作為膠合材料，可耐攝氏1200度烘烤，溫度較一般陶瓷提高兩倍之多。
圖片來源：http://www.nsc.gov.tw
圖片來源：http://www.itri.de/ 此外，也有以「碳化硼層」與「金屬鋁層」交互堆疊而製作的層狀複合材料，其強度及韌性是顆粒複合材料的八倍，堆疊尺度如果愈細，韌性、強度都會愈強。奈米陶瓷的實際應用大約有以下六種： (1).打不破的建材、地磚、磁磚。 (2).太空船的外殼。 (3).高溫陶瓷纖維：飛機、太空梭、汽車引擎的隔熱層。 (4).奈米陶瓷鍋。 (5).電風扇、吹風機等電器材料、引擎承軸。 (6).生醫產業：奈米瓷牙貼片。 l 驗證：奈米產品的真相只有一個 由於國內市場標榜應用奈米科技的產品日漸充斥，為了保護消費者的權益，避免買到仿冒造假的奈米產品，因此將優良的奈米產品，授予奈米標章以作識別。奈米標章是2008 年，由經濟部工業局主辦的「奈米產品驗證體系計畫」中提出的。直到2012年7月止，已經有34家廠商，35種產品經過工業局的認證取得標章，未來將會開發出更多真正的奈米科技產品，提供大眾選擇使用。 經濟部認證的奈米標章有以下兩個，標章中：(1)以圓形代表nano顆粒感覺；(2)以無限「∞」符號，象徵奈米科技無限應用可能；(3)輔以英文奈米「nano」，以傳達國際認知；(4)奈米標章的色系，可以依照產品色澤搭配。
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電子顯微鏡：如何看到奈米產品的奈米結構？ 大多數的科學研究，都是以觀察為起點，但是一般光學顯微鏡的極限只能看到微米 (10-6m)，要看到奈米級的大小，單憑一般光學顯微鏡是做不到的，蓮葉上的奈米尺寸纖毛，就是用高解析度的電子顯微鏡才可以看得到的喔！ 最先發明的電子顯微鏡（1932年）是穿透式電子顯微鏡(TEM)，它主要是以電子束取代光波，電磁鏡片取代玻璃鏡片，利用高電壓的電子束打擊在樣品後，激發出各種電子、特性X光及螢光等訊號，可以用來分析材料的特性。有了電子顯微鏡，我們才能觀察物質在奈米尺度下的特性或現象。
我們將目前常應用到的顯微鏡，依解析度、成像原理和適用對象等條件，比較整理如下表：
奈米科技進展，導引出許多社會衝擊與問題，例如：運用奈米膠囊運送藥物來治療癌症，就是奈米科技正向發展的例子；但是當奈米顆粒進入人體產生毒性，或是與污染物結合而擴散對環境的污染，就成了奈米科技負向發展的例子。不論奈米科技對人類社會帶來的正、負向衝擊，奈米科技對人類社會的影響，都值得我們一同去面對與關心。
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