2003-12-27 08:11:36想飛的女孩
親愛的，我把世界變小了！！(淺談奈米科技1)
前言
今年九月底，阿瘦皮鞋店外一個大型看板吸引我的目光──奈米鞋。什麼是奈米？腦容量中似乎忘了些什麼，用力去想，思緒總算回到過去某一年。那年，愛看報紙的我在報上看到一個新鮮名詞──「奈米」，我問爸，「什麼是奈米？」「奈米是一個相當小的單位名詞，它比公分、毫米，任何一個現今的測量單位都還要小。」爸說。當時幼小的心靈想著，真有這種比現今任何一個測量單位都還要小的單位嗎？那科學家們怎麼發現這個單位？又怎麼將它們運用出來？
「奈米抗菌鞋是將遠紅外線聚光體以奈米技術，製成極其微細的顆粒塗佈於皮革鞋墊表面，產生極佳吸水性、脫水率及抗菌性，使鞋子特別乾爽透氣，大幅減少臭味的產生。」店員如數珍珠似地列舉奈米的好處。
「經測試顯示，鞋墊表面經奈米技術表面處理後，吸水性是普通鞋墊的六倍，乾燥性是一般鞋墊的二點五倍，在攝氏三十七度的環境下、金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、克氏桿菌等細菌的依附率是零。 目前台灣市面上找得的奈米抗菌衣著用品，大多數是將奈米材質塗佈織布料上，成功運用在皮革表面處理技術則是第一次。」─
─ 2003年11月19日的民生報上寫著。
聽到「奈米」這個名詞，已經不是第一回，卻是第一回整理相關的資料，做出報告。今年夏天sars流行時，雖然人在日本，卻也陸續從網路新聞中得知一些奈米光觸煤口罩、奈米噴液等科技產品在商業上的運用等消息。赫然發覺，不知從何時開始，「奈米產品」除了是新新人類追求新潮、流行的指標之外，更有替代傳統產業的趨勢。
科技幻想
「映入眼簾的是一支針筒，針筒內隱藏著微縮到肉眼看不到的微小物質─一艘潛水艇與五名裝備齊全的科學家。
咻的一聲，醫療人員乘坐潛水艇，被針筒打入病人的血液中，順著血管，瞬間來到發出警訊的患部，修復遭病菌侵入的傷口，再由眼淚排出體外。」
偶然從網路上看到這則科幻情境，它深深震撼著我。這是一九六六年出品的科幻電影「聯合縮小軍」（Fantastic Voyage）經典的一幕，也是科幻迷對未來世界想像的極致。
似乎是三十多年前，美國拍了一部很有創意的科幻片─聯合縮小軍。描述一位重要人物被暗殺，頭部的瘀血必需要立刻清除才能獲救。礙於無法開刀，於是就利用當時擁有的縮小科技，將一組攜帶雷射槍的救難人員，連同潛艇一起縮小，然後再用針筒將潛艇注射入病人身體。沿途他們遇到紅血球、白血球、抗體……，經過血管、心臟、肺……，歷盡千辛萬苦，終於進入病人腦部並完成任務。最後，在驚險萬分之中，在縮小時限來臨之前，從淚腺回到真實世界。
「這真是太神奇了！」你或許會這樣想，不過，也許最快在三十年後，在你我的有生之年，這樣的場景就會進入人類的生活之中，因為一項科技競賽的結果─奈米科技(nanotechnology)。
第四波工業革命 ─ 新材料時代
『我們以使用材料的種類，將文明貼上標籤；石器時代、青銅器時代、與鐵器時代，文明隨著這些材料的運用而發展並受限。今天，人們生活在鐵器時代與新材料時代的界線之間。』──諾貝爾物理獎得主喬治‧湯姆森博士說。
二○○○年，最早做出操控奈米級原子儀器的ＩＢＭ，其首席科學家阿姆斯壯也指出：「就像是二十世紀、1970年代微電子技術產生資訊革命，奈米科學技術將成為下一世紀資訊技術時代的核心。」
過去一百年間的大部分時間，材料科學一直是較不重視的一環。一些專攻此領域的科學家所作的「研究」，被認為只需作讓現有材料適合新的用途，或者將兩塊金屬焊接在一起之類的單調工作；自從這個被稱為是二十一世紀新衡量尺度的測量單位──奈米，入侵科學世界後，這些材料學家被奉為帶領我們走向新新世界的科技領袖，徹底扭轉了科學研發過程。
科技研發過程中，在加入頂尖的物理學家、化學家，以及電子學家、生物學家、醫藥學家後，他們重塑無機物質科學與商業應用的一切事物，不僅帶動一股「奈米炫風」，更讓「奈米」成為新人類追求優質生活的重要指標。
何謂奈米？─ 「彈珠」和「地球」的比例
奈米是十億分之一公尺，物質在這個尺寸內會發生特殊現象。
「奈米不是一種米，也不是一項特定的技術，它是一個長度單位，以及在這長度範疇內會發生的特殊現象。」
奈米是nanometer (nm) 的音譯，1奈米 (nm) ＝1000微米(μ) ＝10-9米 (m)，1奈米約為10個氫原子大小。在生活中，我們使用的食品保鮮膜厚約15微米，頭髮直徑約50微米，織物纖維則為0.3～7微米，可見光的波長範圍是400～800奈米，細菌的大小是2,000～3,000奈米，IC產業目前正研發中的線寬約為100nm。事實上，奈米尺度概念在我們生活周遭比比皆是。
一奈米（1nm）是十的負九次方公尺（即十億分之一公尺）。比起地球上最小物質─原子來說，它約莫是三到四個原子串連起來的長度，肉眼是完全看不到的。
科學家們在近半個世紀間發現，物質在介於一奈米到一百奈米這個長度時，會發生特異的物理現象，可能是更堅韌、更有磁性、更能導電或更抗熱等，他們將這些現象統稱為「奈米現象」因此，奈米科技所研究的，就是介於一到一百奈米物質的性質，及操控這些物質排列組合的學問。
但究竟一奈米到底有多大？根據《牛頓》雜誌的比喻，地球直徑的十億分之一約只有一顆彈珠的大小，也就是說，如果將地球縮小十億倍，就是一顆彈珠的大小。
奈米的商機發掘
人類將奈米現象運用到商業用途上，不過是近二十年的事；然而，真正將奈米從實驗室中的研究主題，帶成商業人士之間熱門話題的人，卻是美國前任總統柯林頓。
柯林頓任內的美國總統科技顧問連恩在二○○○年曾公開宣示：「如果問我科學與技術領域最可能產生的明日之星，我會指向奈米科學與技術。」
正因為如此，柯林頓在任內宣布美國以政府之力，傾全力投入奈米相關產品的研發，務使美國成為繼資訊科技後下一波科技競賽─奈米科技的盟主。緊接著，日本、歐盟甚至中國大陸與台灣，都陸續宣布由政府主導、重金投入奈米研發，唯恐自外於這波奈米科技競賽。
根據美國白宮科學與技術顧問會的估計，十到十五年內，奈米產品的市場價值將達到一兆美元，成為全球僅次於半導體的產業。然而，半導體發展近三十年，二○○一年全球產值也不過近兩千億美元；奈米相關研究現在才剛起步，十年內就要像噴射火箭一樣，快速爆發出將近一兆美元的能量，市場從何而來？
「主要是奈米現象對材料、電子、機械與生技四大領域，都會產生革命性的影響。」工研院奈米研究中心副主任說明奈米因為影響範圍廣及高科技及傳統產業，因而可取代現有技術的「商機」，也直逼半導體的原因。
如果不是操控這些肉眼看不到小分子的儀器，在近十年內有革命性進展的話，奈米要從「科學」進展到「科技」，進而轉化為商機，速度不會如此之快。不過，在奈米最可能影響的材料、機械、電子與生技四大領域中，目前也只有「奈米材料」所應用出來的產品，目前就可在市面上買得到。
奈米的商機發掘 ─ 明日之星 之 全球競賽
奈米的商機發掘情形，在全球的競賽中有哪些情形呢？
目前在美國那斯達克（Nasdaq）市場，已至少有兩家以奈米應用為主要產品的企業掛牌，而且還有兩家是生產奈米儀器或設備的廠商。不過，各界也都認為，除了部分奈米材料及其應用外，奈米相關產品幾乎都還在實驗室階段，何時由奈米科學進展到奈米技術，還待界定。其中，美國仍是公認奈米科技最先進的國家，特別是在奈米材料、奈米電子方面，仍擁有最多的相關專利，尤其像ＩＢＭ等大廠，投入奈米研究都有二十年以上的歷史。
亞洲部分則以日本最具主導地位，追蹤其緣由，「由於日本在半導體方面已失去先機，因而想靠奈米在下一階段取得領先。目前在奈米電子也屬領先地位。」曾在日本研究奈米十年，目前任史丹佛大學高級研究員的中國大陸學者說。
至於中國大陸的奈米研究也已提升至國家級地位，中國大陸每年投入奈米科研的經費達人民幣數十億元，而且，中國大陸是全球稀土金屬最大生產國，正是奈米技術的主要材料。由於整個中國目前也掀起一股奈米研究風，光是宣稱與從事奈米相關產品的企業就達三百餘家，不過，大多數只是打著奈米的旗號，距離真正擁有「奈米產業」，其實還相當遠。
奈米的商機發掘 ─ 明日之星 之 台灣現狀
很少有什麼技術像奈米一樣，全世界同時有這麼多國家都採取國家介入的方式主導科技的發展。因為奈米現象雖長久存在於自然界，但將其運用在商業上，卻是近幾年的事，誰先投入，誰就可能取得先機。正因為起跑點相差不大，台灣政府也積極想要鼓勵研發，特別是在籌資能力較差的傳統產業。
以台灣來看，在工研院所列出近百家有「投入研究奈米產業」的名單中，一半以上有跟工研院進行合作開發，如台積電（九十奈米的ＳＲＡＭ）、友達（場發射式顯示器）、錸德（儲存光碟）、東元奈米應材（奈米碳管生產）等。
這些廠商在接獲記者詢問時，多半以「目前尚在實驗室階段，還未有具體成果」的理由，婉拒採訪，可見現階段國內高科技產業對於奈米電子的發展，可說還在相當原始的階段。
而少數幾家有量產產品出現的企業，也多是屬於奈米現象的簡單應用，如王永慶其台塑集團其下的福懋（光觸媒）。經常被工研院拿來做為奈米發展範本的高銀化學，就是與工研院合作，發展奈米表面處理的簡單應用。
還有部分廠商是自行研發，後來發現產製過程中即是運用奈米原理，而被工研院列入名單中。如在馬桶上塗布奈米級的釉藥，再放到一千多度的窯中燒烤，以得出不沾灰、防垢的「超級馬桶」。「最近半年接待來自全國的參訪團就應接不暇。」和成欣業總經理說。
雖然政府在去年宣布，六年投入近兩百三十一億元的資金發展奈米相關產業，但相對而言，國內在奈米相關產業的發展仍屬起步階段，現在談投資奈米產業還言之過早。正因為現在投資為時尚早，因此，這波奈米熱並未出現網路熱潮的泡沫現象。
奈米生技─傳統產業的應用
翻開財經版面，觸目所及幾乎都是電子產業的天下；跟熠熠發光的高科技業相比，曾經為台灣爭取大筆外匯的「傳統產業」顯得相形失色。尖端的奈米技術，可能讓傳統產業三級跳入未來高科技產業，找到新的商機？
然而，就台灣的傳統產業而言，隨著奈米科技的發展，國內的家電、紡織、材料、電纜與衛浴設備等，都紛紛投入奈米科技的研發與產品應用。目前除台光與聲寶等家電公司紛紛宣布完成光觸媒健康機的開發外，最早推出「奈米馬桶」的和成公司，則將奈米科技擴增應用到瓷磚上，並接獲台塑集團兩億片的訂單，將優先使用在長庚醫院內。此外，今年紡織業也可望在商品化應用上，交出不錯的成績單。事實上，傳統產業業者已將「奈米」視為是延續產業生命的利基，而科技廠商則是將 奈米科技作為持續競爭力的武器。
今年九月底，阿瘦皮鞋店外一個大型看板吸引我的目光──奈米鞋。什麼是奈米？腦容量中似乎忘了些什麼，用力去想，思緒總算回到過去某一年。那年，愛看報紙的我在報上看到一個新鮮名詞──「奈米」，我問爸，「什麼是奈米？」「奈米是一個相當小的單位名詞，它比公分、毫米，任何一個現今的測量單位都還要小。」爸說。當時幼小的心靈想著，真有這種比現今任何一個測量單位都還要小的單位嗎？那科學家們怎麼發現這個單位？又怎麼將它們運用出來？
「奈米抗菌鞋是將遠紅外線聚光體以奈米技術，製成極其微細的顆粒塗佈於皮革鞋墊表面，產生極佳吸水性、脫水率及抗菌性，使鞋子特別乾爽透氣，大幅減少臭味的產生。」店員如數珍珠似地列舉奈米的好處。
「經測試顯示，鞋墊表面經奈米技術表面處理後，吸水性是普通鞋墊的六倍，乾燥性是一般鞋墊的二點五倍，在攝氏三十七度的環境下、金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、克氏桿菌等細菌的依附率是零。 目前台灣市面上找得的奈米抗菌衣著用品，大多數是將奈米材質塗佈織布料上，成功運用在皮革表面處理技術則是第一次。」─
─ 2003年11月19日的民生報上寫著。
聽到「奈米」這個名詞，已經不是第一回，卻是第一回整理相關的資料，做出報告。今年夏天sars流行時，雖然人在日本，卻也陸續從網路新聞中得知一些奈米光觸煤口罩、奈米噴液等科技產品在商業上的運用等消息。赫然發覺，不知從何時開始，「奈米產品」除了是新新人類追求新潮、流行的指標之外，更有替代傳統產業的趨勢。
科技幻想
「映入眼簾的是一支針筒，針筒內隱藏著微縮到肉眼看不到的微小物質─一艘潛水艇與五名裝備齊全的科學家。
咻的一聲，醫療人員乘坐潛水艇，被針筒打入病人的血液中，順著血管，瞬間來到發出警訊的患部，修復遭病菌侵入的傷口，再由眼淚排出體外。」
偶然從網路上看到這則科幻情境，它深深震撼著我。這是一九六六年出品的科幻電影「聯合縮小軍」（Fantastic Voyage）經典的一幕，也是科幻迷對未來世界想像的極致。
似乎是三十多年前，美國拍了一部很有創意的科幻片─聯合縮小軍。描述一位重要人物被暗殺，頭部的瘀血必需要立刻清除才能獲救。礙於無法開刀，於是就利用當時擁有的縮小科技，將一組攜帶雷射槍的救難人員，連同潛艇一起縮小，然後再用針筒將潛艇注射入病人身體。沿途他們遇到紅血球、白血球、抗體……，經過血管、心臟、肺……，歷盡千辛萬苦，終於進入病人腦部並完成任務。最後，在驚險萬分之中，在縮小時限來臨之前，從淚腺回到真實世界。
「這真是太神奇了！」你或許會這樣想，不過，也許最快在三十年後，在你我的有生之年，這樣的場景就會進入人類的生活之中，因為一項科技競賽的結果─奈米科技(nanotechnology)。
第四波工業革命 ─ 新材料時代
『我們以使用材料的種類，將文明貼上標籤；石器時代、青銅器時代、與鐵器時代，文明隨著這些材料的運用而發展並受限。今天，人們生活在鐵器時代與新材料時代的界線之間。』──諾貝爾物理獎得主喬治‧湯姆森博士說。
二○○○年，最早做出操控奈米級原子儀器的ＩＢＭ，其首席科學家阿姆斯壯也指出：「就像是二十世紀、1970年代微電子技術產生資訊革命，奈米科學技術將成為下一世紀資訊技術時代的核心。」
過去一百年間的大部分時間，材料科學一直是較不重視的一環。一些專攻此領域的科學家所作的「研究」，被認為只需作讓現有材料適合新的用途，或者將兩塊金屬焊接在一起之類的單調工作；自從這個被稱為是二十一世紀新衡量尺度的測量單位──奈米，入侵科學世界後，這些材料學家被奉為帶領我們走向新新世界的科技領袖，徹底扭轉了科學研發過程。
科技研發過程中，在加入頂尖的物理學家、化學家，以及電子學家、生物學家、醫藥學家後，他們重塑無機物質科學與商業應用的一切事物，不僅帶動一股「奈米炫風」，更讓「奈米」成為新人類追求優質生活的重要指標。
何謂奈米？─ 「彈珠」和「地球」的比例
奈米是十億分之一公尺，物質在這個尺寸內會發生特殊現象。
「奈米不是一種米，也不是一項特定的技術，它是一個長度單位，以及在這長度範疇內會發生的特殊現象。」
奈米是nanometer (nm) 的音譯，1奈米 (nm) ＝1000微米(μ) ＝10-9米 (m)，1奈米約為10個氫原子大小。在生活中，我們使用的食品保鮮膜厚約15微米，頭髮直徑約50微米，織物纖維則為0.3～7微米，可見光的波長範圍是400～800奈米，細菌的大小是2,000～3,000奈米，IC產業目前正研發中的線寬約為100nm。事實上，奈米尺度概念在我們生活周遭比比皆是。
一奈米（1nm）是十的負九次方公尺（即十億分之一公尺）。比起地球上最小物質─原子來說，它約莫是三到四個原子串連起來的長度，肉眼是完全看不到的。
科學家們在近半個世紀間發現，物質在介於一奈米到一百奈米這個長度時，會發生特異的物理現象，可能是更堅韌、更有磁性、更能導電或更抗熱等，他們將這些現象統稱為「奈米現象」因此，奈米科技所研究的，就是介於一到一百奈米物質的性質，及操控這些物質排列組合的學問。
但究竟一奈米到底有多大？根據《牛頓》雜誌的比喻，地球直徑的十億分之一約只有一顆彈珠的大小，也就是說，如果將地球縮小十億倍，就是一顆彈珠的大小。
奈米的商機發掘
人類將奈米現象運用到商業用途上，不過是近二十年的事；然而，真正將奈米從實驗室中的研究主題，帶成商業人士之間熱門話題的人，卻是美國前任總統柯林頓。
柯林頓任內的美國總統科技顧問連恩在二○○○年曾公開宣示：「如果問我科學與技術領域最可能產生的明日之星，我會指向奈米科學與技術。」
正因為如此，柯林頓在任內宣布美國以政府之力，傾全力投入奈米相關產品的研發，務使美國成為繼資訊科技後下一波科技競賽─奈米科技的盟主。緊接著，日本、歐盟甚至中國大陸與台灣，都陸續宣布由政府主導、重金投入奈米研發，唯恐自外於這波奈米科技競賽。
根據美國白宮科學與技術顧問會的估計，十到十五年內，奈米產品的市場價值將達到一兆美元，成為全球僅次於半導體的產業。然而，半導體發展近三十年，二○○一年全球產值也不過近兩千億美元；奈米相關研究現在才剛起步，十年內就要像噴射火箭一樣，快速爆發出將近一兆美元的能量，市場從何而來？
「主要是奈米現象對材料、電子、機械與生技四大領域，都會產生革命性的影響。」工研院奈米研究中心副主任說明奈米因為影響範圍廣及高科技及傳統產業，因而可取代現有技術的「商機」，也直逼半導體的原因。
如果不是操控這些肉眼看不到小分子的儀器，在近十年內有革命性進展的話，奈米要從「科學」進展到「科技」，進而轉化為商機，速度不會如此之快。不過，在奈米最可能影響的材料、機械、電子與生技四大領域中，目前也只有「奈米材料」所應用出來的產品，目前就可在市面上買得到。
奈米的商機發掘 ─ 明日之星 之 全球競賽
奈米的商機發掘情形，在全球的競賽中有哪些情形呢？
目前在美國那斯達克（Nasdaq）市場，已至少有兩家以奈米應用為主要產品的企業掛牌，而且還有兩家是生產奈米儀器或設備的廠商。不過，各界也都認為，除了部分奈米材料及其應用外，奈米相關產品幾乎都還在實驗室階段，何時由奈米科學進展到奈米技術，還待界定。其中，美國仍是公認奈米科技最先進的國家，特別是在奈米材料、奈米電子方面，仍擁有最多的相關專利，尤其像ＩＢＭ等大廠，投入奈米研究都有二十年以上的歷史。
亞洲部分則以日本最具主導地位，追蹤其緣由，「由於日本在半導體方面已失去先機，因而想靠奈米在下一階段取得領先。目前在奈米電子也屬領先地位。」曾在日本研究奈米十年，目前任史丹佛大學高級研究員的中國大陸學者說。
至於中國大陸的奈米研究也已提升至國家級地位，中國大陸每年投入奈米科研的經費達人民幣數十億元，而且，中國大陸是全球稀土金屬最大生產國，正是奈米技術的主要材料。由於整個中國目前也掀起一股奈米研究風，光是宣稱與從事奈米相關產品的企業就達三百餘家，不過，大多數只是打著奈米的旗號，距離真正擁有「奈米產業」，其實還相當遠。
奈米的商機發掘 ─ 明日之星 之 台灣現狀
很少有什麼技術像奈米一樣，全世界同時有這麼多國家都採取國家介入的方式主導科技的發展。因為奈米現象雖長久存在於自然界，但將其運用在商業上，卻是近幾年的事，誰先投入，誰就可能取得先機。正因為起跑點相差不大，台灣政府也積極想要鼓勵研發，特別是在籌資能力較差的傳統產業。
以台灣來看，在工研院所列出近百家有「投入研究奈米產業」的名單中，一半以上有跟工研院進行合作開發，如台積電（九十奈米的ＳＲＡＭ）、友達（場發射式顯示器）、錸德（儲存光碟）、東元奈米應材（奈米碳管生產）等。
這些廠商在接獲記者詢問時，多半以「目前尚在實驗室階段，還未有具體成果」的理由，婉拒採訪，可見現階段國內高科技產業對於奈米電子的發展，可說還在相當原始的階段。
而少數幾家有量產產品出現的企業，也多是屬於奈米現象的簡單應用，如王永慶其台塑集團其下的福懋（光觸媒）。經常被工研院拿來做為奈米發展範本的高銀化學，就是與工研院合作，發展奈米表面處理的簡單應用。
還有部分廠商是自行研發，後來發現產製過程中即是運用奈米原理，而被工研院列入名單中。如在馬桶上塗布奈米級的釉藥，再放到一千多度的窯中燒烤，以得出不沾灰、防垢的「超級馬桶」。「最近半年接待來自全國的參訪團就應接不暇。」和成欣業總經理說。
雖然政府在去年宣布，六年投入近兩百三十一億元的資金發展奈米相關產業，但相對而言，國內在奈米相關產業的發展仍屬起步階段，現在談投資奈米產業還言之過早。正因為現在投資為時尚早，因此，這波奈米熱並未出現網路熱潮的泡沫現象。
奈米生技─傳統產業的應用
翻開財經版面，觸目所及幾乎都是電子產業的天下；跟熠熠發光的高科技業相比，曾經為台灣爭取大筆外匯的「傳統產業」顯得相形失色。尖端的奈米技術，可能讓傳統產業三級跳入未來高科技產業，找到新的商機？
然而，就台灣的傳統產業而言，隨著奈米科技的發展，國內的家電、紡織、材料、電纜與衛浴設備等，都紛紛投入奈米科技的研發與產品應用。目前除台光與聲寶等家電公司紛紛宣布完成光觸媒健康機的開發外，最早推出「奈米馬桶」的和成公司，則將奈米科技擴增應用到瓷磚上，並接獲台塑集團兩億片的訂單，將優先使用在長庚醫院內。此外，今年紡織業也可望在商品化應用上，交出不錯的成績單。事實上，傳統產業業者已將「奈米」視為是延續產業生命的利基，而科技廠商則是將 奈米科技作為持續競爭力的武器。