高科技产业中国纳米产业

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1、高科技產業概論之 中國奈米產業指導教授：陳永璋老師組 員：連梅峮92114147工三甲 劉姿伶92114217工三乙 何謂奈米？所謂的奈米實際上是一個度量單位nanometer (nm)的譯名，指的是十億分之一公尺(1 nm = 10-9m)，也就是百萬分之一公釐。如果要具體形容的話，就是說一個奈米大小的物體比例就等同把一顆乒乓球放在地球上一般。 一個奈米到底有多小？一個奈米大概是34個原子相連的長度，約等於人類頭髮直徑的十萬分之一。如果說地球的直徑只有一公尺的話，一顆彈珠的直徑就相當於一個奈米。 自然界奈米在自然界的例子就是荷葉效應，表皮有覆蓋著疏水性的含蠟絨毛，是屬於奈米級尺寸的顆粒，這些

2、細小突起的表皮細胞將水珠頂起，使水珠無法與葉面完全接觸，微小纖毛結構讓污泥、水粒子不容易沾附，含蠟絨毛又削弱水珠與葉面的吸附力量，更加強荷葉的疏水能力。只要給予少許動能，水珠就能在葉面上快速移動，將灰塵帶走，而達到自潔的功效。 自然界奈米(續)蜜蜂體內存在著磁性的奈米粒子，這些粒子具有羅盤的作用，這就是蜜蜂飛行的導航系統了。 以蝴蝶翅膀為例，其鱗片上有光子晶體的網狀結構，其週期在數百奈米左右，可反射部分顏色的光，並讓其餘顏色的光穿透過去。當光與光子晶體所產生的夾角改變時，會使光子晶體反射不同頻率的光，所以翅膀顏色會隨觀看角度而改變。自然界奈米(續) 自然界奈米(續)昆蟲多半體積嬌小、重量極輕，

3、如果翅膀上沾有一點點灰塵或水滴，在飛行時會因重量不平均而造成問題，所以許多昆蟲的翅膀表面具有奈米構造，即使有灰塵或小水滴落於翅膀上，也能很輕易地將其抖落。 夜行性的飛蛾在夜間飛行時，為了避免被敵人發現，演化出看起來異常漆黑且不會反光的眼睛。飛蛾眼睛的角膜表面具有奈米級的細小突起，甚至小於光線的波長，所以反光性極低，而且似乎可以吸收來自四面八方的光線。市面上已有企業模仿此種蛾眼效應，推出不會反光的玻璃，將來在鏡片、電視及電腦螢幕上，應有可觀的應用潛力。自然界奈米(續) 奈米科技奈米科技是指由於物質在奈米尺寸下，會呈現有別於巨觀尺度下的物理、化學或生物特性、現象。所謂奈米科技便是運用這方面的知識，

4、在奈米尺寸等級的微小世界中操作、控制原子或分子組合成新的奈米尺度結構(奈米材料)，以便展現新的機能與特性。並以其為基礎，設計、製作、組裝成新的材料、器具或系統，使之產生全新功能，並加以利用的技術總稱。 有保溫、除臭功能的奈米竹碳，不易磨損的奈米合成皮製棒球。利用奈米粉粒去跟一些皮料做結合，形成一種複合式的材料，其最佳效果就是有很好的耐磨性，例如相關的棒球皮件、鞋子等，平常使用一段時間後就會磨損，但是經過奈米處理之後，就不容易磨損而可以用更久。奈米材料商品化應用 奈米光觸媒光觸媒就是受到照光激發時，能催化化學反應進行的一種物質。目前最主要的光觸媒材料是二氧化鈦，它需要的光是在紫外光範圍。奈米光觸

5、媒是目前最廣泛使用的奈米材料之一，奈米化對光觸媒的正面影響有：反應活性提高、氧化還原能力增強、呈無色透明狀態、可穩定懸浮及分散於溶劑中。奈米光觸媒具有抗菌、清淨空氣、淨水、防污、防霧及醫療等六大功能。奈米材料商品化應用(續) 目前已推出結合奈米光觸媒的磁磚、地板、窗簾、隔牆板及抗菌噴劑等產品。奈米光觸媒的強氧化能力可分解空氣中的惡臭物質及有機物質，可製成多功能之冷氣機、電風扇及空氣清淨機。塗有奈米光觸媒的物體在紫外光照射下，除有分解油污的能力外，還有良好親水性，可藉水的力量沖去表面的灰塵或油污，達成自我清潔的效果，應用範圍包括大樓外牆、汽車烤漆等。運用此種超親水性，於玻璃或鏡面塗上奈米光觸媒，

6、可產生防霧功效。奈米材料商品化應用(續) 奈米材料商品化應用(續)塗有奈米光觸媒的物體在紫外光照射下，除有分解油污的能力外，還有良好親水性，可藉水的力量沖去表面的灰塵或油污，達成自我清潔的效果，應用範圍包括大樓外牆、汽車烤漆等。運用此種超親水性，於玻璃或鏡面塗上奈米光觸媒，可產生防霧功效。 奈米技術領域雖然說奈米科技的領域相當廣泛，不過就發展以及應用類型加以區分的話，還是可以分為下面三種主要類型：分別是奈米元件、奈米材料以及奈米檢測技術 奈米元件：所謂奈米元件，是指以分子、原子為基礎，製造具特殊功能的微小元件。而製造方法有兩種，一種是由上而下的方式，就是利用微加工的方式，使較大的元件不斷的微小

7、化，最後變成所需的大小，另一種則是由下而上的方式正好相反，是利用分子、原子為原料，用類似拼積木的方式，把其組裝成細微元件。奈米技術領域(續) 奈米材料：則是指材料具有幾何形狀，且這些形狀是表現在奈米的程度上。會產生特殊的特性與功能。而這些具特殊結構奈米材料，則會產生包括表面效應、特殊的光學性質、熱性質、磁性質以及力學性質等和往常材質不同的效應，使得相同的原料可以在加工後產生不同的用途。奈米技術領域(續) 奈米檢測技術：如果沒有精確檢測的技術，想觀察奈米元件與材料之結構與性質是不可能做到的，因此必須建立奈米檢測技術，以進一步研究各種奈米結構的力、光、電、磁等性質。奈米技術領域(續) 中國奈米資訊

8、在北京成立奈米技術標準化技術委員會，將為鑒別奈米產品提供技術支援體系，推動奈米產品市場永續發展。對於這些產品的安全、性能和環境影響，應當建立相應的標準體系，以保障消費者使用安全和高質量的奈米產品與奈米技術。 中國奈米資訊(續)及產業有關的國際標準目前還處於初始階段，世界各國正在加緊部署奈米技術的標準化工作，中國已於2001年啟動奈米材料標準的研究工作，如果中國能掌握機會，在奈米技術標準化工作方面，將保持與國際同步的水準。 上海交大藥學院的專家為乙肝患者研製出一種會認路的凍干粉針制劑，讓針劑長眼的是一種奈米級脂質顆粒，能帶領藥物向肝臟聚集，並通過肝臟代謝，不僅提高了藥效，還降低了藥物對腎臟的副作

9、用。該項目正是上海未來五年中確定的七大優先研究的奈米技術領域之一奈米靶向藥物中的一項。中國奈米資訊(續) 總體目標為：用奈米技術改變和提升傳統產業，增強國民經濟和國際競爭力；用奈米技術改善環保，使城市綠色化，特別要為2010年上海世界博覽會做出貢獻；把奈米技術用於生物醫學，保護人民健康、優化生活質量；探索奈米技術的新方向，真正做到在基礎研究方面有所突破、有所創新。為努力使一批奈米科技成果實用化或產業化，形成一批具有市場競爭力的骨幹企業，上海提出七個優先研究的技術領域：奈米粒子和奈米復合材料、奈米光催化材料、碳奈米管、奈米靶向藥物、奈米電子學的基礎研究、奈米加工技術以及奈米計量與標準化。中國奈米

10、資訊(續) 據悉，三年來，上海奈米科技發展依照基本佈局、優勢整合和重點突破的三步走策略，已發展和完善了相關實驗室和研究中心60餘個，奈米項目投入約2億元，在基礎研究和應用開發領域取得了一批高水準的科研成果。2002年上海奈米產業的產值已達2.1億元，很多產品居國內領先地位。中國奈米資訊(續) 中國奈米技術改質之實用化路線 浙江明日公司與江蘇揚州顏料有限公司合作，利用奈米材料的光學性能成功地合成出高性能奈米系列複合顏料 ，成本降低很多，為企業創造了可觀的經濟效益。傳統塗料普遍存在懸浮穩定性和觸變性差、不耐老化、光滑度不高等缺陷，添加奈米材料改性，生產出的新塗料一改傳統產品的不足。將奈米粉體添加到

11、陶瓷中製成的奈米陶瓷製品，其硬度、耐磨性、韌性、抗冷熱疲勞等性能均可得到明顯提高 。 中國奈米技術改質之實用化路線(續)中國大陸在80年代著手於奈米技術的基礎與應用研究，將奈米技術研究列入為國家計畫，投注總經費約達700萬美元，在瀋陽成立了瀋陽材料科學國家(聯合) 實驗室，目前，中國已在奈米技術部分領域取得世界領先的原創性研究成果，1999年大陸中科院物理研究所得到直徑為1.3奈米的信息儲存點，當時世界最小的直徑為40奈米。 (資料來源：2001 / 5 / 1 2中國時報；基礎科學兩岸差距日益擴大；作者：中國文化大學董事長張鏡湖先生) 中國奈米材料商品化應用 奈米材料冰箱在中國科協所舉辦的奈

12、米技術產業化研討會上，美菱集團推出的新一代奈米材料冰箱，其在抗菌內襯門把手、防霉門封條、複合增強材料、陶瓷塗料、清味器等應用了奈米技術，使冰箱內食物儲存環境得到極大改善，增強了冰箱的抑菌保鮮功能，與中科院固體物理研究所聯合成立了美菱納米家電研究中心。已在奈米材料應用於改善塑料製品的抗菌性、耐磨性、耐高溫、耐腐蝕、耐老化，以及產品之增韌、自潔、抗靜電、紫外光屏蔽等方面，取得了一系列研發成果。 中國奈米材料商品化應用(續)奈米軟式排球利用奈米材料，解決了球體與奈米材料合理結合的難題，製造出奈米軟式排球。這種奈米排球像荷花葉子一樣不沾水，不沾灰塵。雖然奈米技術屬於高科技，但是奈米排球的價格卻跟普通排

13、球差不多。採用奈米技術的排球，其成本每顆僅比普通排球多1元多人民幣。 中國奈米材料商品化應用(續)奈米鐵釘天津大學奈米工程研究中心用從市場上買的普通水泥釘，藉由奈米技術進行了簡單的金屬處理後，可在鐵釘內部形成了一個個直徑約為26奈米的碳化鐵顆粒，根本上改變了鋼釘的內部結構，大幅地提高了鋼釘的硬度，使其能夠輕鬆釘穿3mm左右的普通鋼板。 中國奈米材料商品化應用(續)奈米機動車輪胎材料天津大津輪胎膠囊廠與本市方氏化工技術有限公司合作，利用奈米技術研製出一種全新的、具有超越性能的新型橡膠材料。此一新型橡膠材料恢復了奈米氧化物的一次顆粒形態，使輪胎模具的使用次數由400次提高到500次，在耐熱性、抗氧

14、化性等方面打破了原有的極限，使機動車輪胎質量提高、生產成本明顯下降的目標。 中國奈米材料商品化應用(續)奈米領帶中國大陸中科院的科學家應用奈米表面處理技術，可使蠶絲、羊毛、棉等紡織品兼具撥水和撥油特性。在不影響紡織物基本物性下，使織物經奈米表面處理技術而獲得如同荷葉表面結構相似功能出污泥而不染。 奈米市場之未來商機預估近年來，各國相繼投入奈米技術研發，美國於2000年投入2.7億美元，2002年倍增為5.2億美元，日本每年耗資十億美元；中國大陸與台灣亦將奈米技術列為國家重點科技計畫，國內於工研院成立應用奈米技術中心，預計未來六年內斥資新台幣230億元，致力研發奈米材料、奈米電子、奈米光電、奈米化學品及奈米生物科技等五大領域，相關產業產值可望於2008年達到新台幣3,000億元，主要是化纖、造紙、橡塑膠及鋼鐵等傳統產業，將有八百家廠商投入；預估2012年產值可達一兆元，主要是電子、半導體、生技、材料、化工、鋼鐵、人纖及橡塑膠等高科技及傳統產業。