奈米的意義

奈米是什麼?奈米的英文是nanometer,它是長度的單位,使用的符號是nm,字首nano在希臘文中的原意是「侏儒」的意思。一奈米是十億分之一米(1 nm = 10-9 m),相當於3~4個原子連結起來的長度。如果用1公尺代表地球的直徑,那麼1奈米大約是一個玻璃珠的直徑。

奈米科技是在1990年代以後,才逐漸被人們所重視的新領域。有人預測奈米科技是21世紀經濟的新希望,它會改變產業結構、生活型態,又有人稱它是第四次工業革命。現今,全球視奈米科技為下一次產業革命的關鍵技術,是下一階段製造工業的核心領域。因此,勢必會重新劃分將來高科技競爭的版圖,更可能對人類生活帶來不可避免的衝擊。

在這麼小的尺度下的元件,它的物理與化學性質與原來巨觀狀態下不同,經由這項尺寸的改變,電子與資訊工業可以發展出更輕薄短小、更節省能源的材料和元件,對資源有限的地球或許是永續發展的革命性科技。

在生物技術和醫學治療的未來應用方面,科學家夢想以奈米技術研發出奈米生物推進器(奈米生物機械人),在人體內治療各種疾病,修復有問題的去氧核醣核酸(DNA)分子鏈段,甚至可以針對癌細胞加以摧毀,而又不傷及鄰近的正常細胞。

在日常生活方面,抗菌的衣服、自身清潔的日用品、抗紫外線熱電轉換玻璃、有機太陽能電池、永不褪色的染料、使飛機隱形的油漆、超快速度的電腦等等,都說明奈米科技在現在及未來的可觀影響。因此,奈米科技也會全面介入人類文明的發展史。由於奈米技術涉及不同的研究領域,奈米科技的發展也將引領科學研究大邁進。

自然界的奈米現象

雖然奈米科技是尖端科技,卻並不是什麼新玩意,它老早就存在我們身旁。最著名的例子,就是出污泥而不染的蓮花。蓮花表面的細緻結構和粗糙度大小都在奈米尺度的範圍內,所以不易吸附污泥灰塵。蓮花的出污泥而不染是自然天成,這比人類的任何清潔技術還高明。這種蓮花表面奈米化結構,自我清潔的物理現象,就被稱作蓮花效應(lotus effect),這個效應給予科學家無限的想像空間與創意來源。

當我們走過河邊或湖邊,偶爾可以看到鵝或鴨子在水中戲水尋找食物,卻不見牠們羽毛被水弄溼,這是因為鵝毛、鴨毛是可以防水的。牠們的羽毛排列非常整齊而緻密,毛與毛之間的縫隙極細小,可以小到奈米尺寸,使得鵝或鴨子得以在水中保持身體的乾燥。

我們也常在電視上,看到非洲原始的土著習慣以燃燒植物或木材後的碳黑塗抹在臉上,藉以驅除猛獸獵取動物。為什麼塗布在臉上的碳黑可以如此均勻平整呢?原來碳黑的顆粒大約在奈米尺寸,可以塗抹平整,而奈米碳黑附著力又特別好,能持久而不會褪色。這是人類利用奈米技術謀求生存的例子,當今,很多奈米化妝品的設計思考,也源自於此。