科技大趨勢:Nanotechnology奈米--- youtube AutoTube

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2002年1月---台灣工業技術研究院成立奈米科技研發中心。
2000～2001年---各國相繼針對該國產業現況，紛紛提出奈米科技發展計畫。日本成立「奈米材料研究所」（Tsukuba）、歐盟成立「奈米電子技術聯盟」（IMEC）、德國成立六個奈米技術卓越群、中國（北京）成立奈米國家科研中心
2001年---在日本筑波舉行的「奈米碳管發現十周年」研討會中，韓國三星公司展示用奈米碳管做成的場發射全彩色電視螢幕。這個電視的螢幕是由多層壁奈米碳管的前端，產生場發射電子做為電子源，而應用在平面顯示器上。至於醫療用小型X光產生裝置的電子源，也可以應用奈米碳管。
1996年---霍伊兒也合成出二氧化鈦（TiO2）奈米管。二氧化鈦本身是一個極佳的光觸媒材料，廣泛應用在醫療保健，例如消滅細菌或是殺死病毒。開發出奈米管狀的二氧化鈦，應用範圍也會更多樣化。目前，科學家已嘗試把二氧化鈦奈米粒子或奈米管應用在光敏化有機太陽電池上，做為光電轉換材料，現在已經可以達到實用水準。
1991年---克雷需莫和霍夫曼發展出一次可以做出數公克重C60的方法。現在，科學家也嘗試利用C60的性質製成各種藥物。
1990年---美國IBM公司的艾格勒利用這種儀器，把35個氙原子（xenon，化學符號是Xe）排成IBM三個字母。這是人類歷史上首次操縱原子，用原子或分子製造機器，也不再是夢想。
1988年---拜必序的研究團隊開發出鐵鉻（Fe/Cr）奈米多層膜，在低溫下改變磁場，電阻會隨著產生急遽的改變。相對來說，一般磁性金屬（或合金）的電阻是不容易隨磁場的改變而變化的。到目前為止，已經發現鐵銅（Fe/Cu）、鐵銀（Fe/Ag）、鐵鋁（Fe/Al）、鐵金（Fe/Au）、鈷銅（Co/Cu）、鈷銀（Co/Ag）、鈷金（Co/Au）等奈米多層膜都具有這種效應。
1985年---史丹福大學的奎特教授以及IBM的格爾德·賓寧（Gerd K. Binnig）及亨利希·羅勒（Heinrich Rohrer）共同發明了原子力顯微鏡。它也是利用一根探針來掃描物體的表面，當探針靠近待測物體時，探針與物體之間產生作用力，這作用力可以是吸引力或排斥力，並可藉此分析物體表面的形貌。最重要的是，這種儀器可觀察的物體不僅是半導體或金屬，也可以是絕緣體。現在很多生物樣品的觀察，已經大量使用這種設備。
1982年---瑞士IBM公司的科學家格爾德·賓寧（Gerd K. Binnig）及亨利希·羅勒（Heinrich Rohrer），開發出掃描隧道顯微鏡，它主要是利用一根非常細的鎢金屬探針，針尖電子會跳到待測物體表面上形成穿隧電流，同時，物體表面的高低會影響穿隧電流的大小，依此來觀測物體表面的形貌。四年後，也就是1986年，這兩位科學家和發明穿透式電子顯微鏡的厄恩斯特·魯什卡共享諾貝爾物理獎。
1984年---德國葛萊特等人利用惰性氣體蒸發凝結法，製得鐵、銅、鉛及二氧化鈦的奈米粒子。其中，二氧化鈦的奈米顆粒具有良好的延展性，可以改善陶瓷材料的脆性。
1981年---掃描隧道顯微鏡（STM）的發明被廣泛視為奈米元年。
1962年---日本東京大學的久保亮五教授提出了量子限制理論，用來解釋金屬奈米粒子的能階不連續，這是很重要的里程碑，使得人們對奈米粒子的電子結構、型態和性質有了進一步的了解。
1959年12月29日---物理學家理察·費曼在加州理工學院出席美國物理學會年會，作出著名的演講《在底部還有很大空間》，提出一些奈米技術的概念，雖然在當時仍未有「奈米技術」這個名詞。他以「由下而上的方法」（bottom up）出發，提出從單個分子甚至原子開始進行組裝，以達到設計要求。他說道，「至少依我看來，物理學的規律不排除一個原子一個原子地製造物品的可能性。」並預言，「當我們對細微尺寸的物體加以控制的話，將極大得擴充我們獲得物性的範圍。」這被視為是奈米技術概念的靈感來源。

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應用技術
一、奈米結晶材料（nanocrystalline materials）
當物質的微結構微小化時，表面原子與內部材料原子的個數比例顯著上升，界面之原子行為對物質性質便有決定性影響。例如奈米金屬結晶顆粒，展現出較佳之強度、硬度、磁特性、表面催化性等；而具奈米結晶之陶瓷材料相較於一般陶瓷材料，則具較高之延展性、較不易脆裂之特性。
奈米結晶金屬由於其強度之增加，相當大之應用機會在於汽車業、航太業、建築業等之結構材料，例如Toyota汽車已使用新型奈米結晶鋼材於其汽車產品上[來源請求]；這方面之應用，奈米複合材料是另一競爭者，但於某些用途上，如汽車引擎，奈米結晶金屬材料仍保有其優越性。
奈米結晶材料薄膜可提高表面之硬度、降低磨擦、提高耐熱性、耐化學腐蝕性等，可應用於汽車、航空業等之機械系統。在生物醫學方面，奈米結晶銀有抗菌作用，而奈米結晶鈦則可應用於人工關節。
二、奈米粉體（nanoparticles）:奈米粉體是奈米材料中種類最繁多且應用最廣泛之一類。最常見的陶瓷奈米粉體（ceramic nanoparticles）可再分為二類：
（一）金屬氧化物如TiO2, ZnO等
（二）矽酸鹽類，通常為奈米尺度之黏土薄片。
奈米粉體的製程，包括固相機械研磨法、液相沉澱法、溶膠－凝膠法、化學氣相沉積法等，不同之方法各有其優缺點及適用範圍。此外，奈米粉體之表面覆膜與修飾，亦常是對粉體後段應用必要的處理步驟。如高濃度CO淨化觸媒－Au/TiO2，即將～10nm的金均勻分佈在TiO2載體上，以發揮其淨化功能，其中TiO2載體為溶膠－凝膠法製得之奈米孔隙材料，以具備奈米尺寸空間容納金奈米顆粒。
（一）複合材料：奈米粉體最大之應用之一，在於奈米高分子複合材料之開發。由於無機分散相表面積與高分子間之作用力，使複合材料之剛性大幅提升，透氣性、熱膨脹性下降，耐化學腐蝕，及保有透明性等之優點，可廣泛應用於一般民生工業，如家電器材、汽車零組件、輸送導管等耐磨結構材料上；在包裝材料上之應用，如保鮮膜、飲料瓶，則可利用其耐熱性、高阻氣性及透明等優點。Caly/Nylon之複合材料，由於分散均勻，只要添加3～4％，即可將Nylon之熔點從70℃提升至150℃，且加工性非常良好[來源請求]。
（二）塗佈：奈米粉體塗佈具增強表面硬度、抗磨、透明等特性，已應用於建材及太陽眼鏡鏡片上，Kodak正發展以奈米粉體塗佈製造防刮之x-ray底片。此外，亦有利用奈米粉體塗佈光學、耐腐蝕、絕熱特性之應用開發。磁性奈米粉體塗佈則可應用於資料儲存方面[來源請求]。
（三）醫學與藥物：經表面修飾之奈米粉體可應用於藥物輸送、奈米銀微粒具有抗菌功效、氧化鋅則具殺黴作用。TiO2與ZnO對UV吸收有相當好之功效，可應用於防曬油等美容產品[來源請求]。
（四）其他：奈米粉體之高表面積，可利用工業上之催化反應；用於燃料電池上，可增加其反應速率，提高效能。此外，奈米顏料的開發、使用金屬奈米粉體印製電子電路、及磁性奈米粉體於半導體與醫學核磁共振影像上之使用，均為奈米粉體之應用機會[來源請求]。
三、奈米孔隙材料（nanoporous materials）
此類材料指孔隙尺寸小於100奈米之多孔隙材料，包括自然界中早已存在之生物膜與沸石，其高表面積（通常高達~102m2/g），使之具高催化及吸附效應。奈米孔隙材料可由溶膠－凝膠法、微影蝕刻、離子束等方法製得；奈米孔隙薄膜經鍍膜處理，可得奈米細管結構。
奈米孔隙材料可用開發改良催化劑，應用於石化工業等。利用孔隙結構，在薄膜過濾系統純化／分離、藥物輸送植入裝置、及基因定序、醫學檢測等，奈米孔隙材料均有相當大之應用潛能。氣膠為質輕之良好絕熱材料；奈米孔隙薄膜可作為半導體業中之低介電材料；奈米多孔矽特殊的發光性質，可作為固態雷射之材料；奈米多孔碳則具高電容特性，可應用於如手提電腦、行動電話，乃至電動車等電池之開發。
四、奈米纖維與奈米纜線（nanofibers, nanowires）
奈米纖維在此指相對較短之纖維，包括碳纖絲（carbon fibrils）、人造高分子纖維、及氧化鋁纖維等；電紡（electrospinning）是製造人造高分子奈米纖維之方法，可結合奈米微粒或奈米管等材料於纖維中。工研院化學工業研究所正開發之電紡奈米纖維，其尺度約為人髮的1/100。
奈米纜線則傾向為無機材質，包括金屬、半導體（如矽、鍺）、及一些有機高分子，主要應用於電子工程。其製造主要有三個方式：
（一）微影蝕刻或拓印。
（二）化學成長。
（三）自組裝成長。
奈米纜線之電子傳遞行為並不遵循古典電學，例如其電阻為一定值並不隨長度改變；應用於建構複雜之電路系統時，須挑戰之困難點在於纜線間之連結性。
奈米纖維可用於複合材料與表面塗佈，達補強作用。Hyperion Catalysis International正開發利用奈米碳纖絲，製造導電塑膠及薄膜，可應用在汽車之靜電塗料或電器設備之靜電消除；與傳統導電塑膠材料比較，達同樣導電效果所須添加之碳纖絲量較低，且材料表面亦較平滑[來源請求]。
電紡奈米纖維具強度提升與高表面積等特性，適合作為奈米粉體於催化應用上之反應床。奈米纖維可製成抗化學品、防水透氣、防污等特殊性能布料，在紡織服裝業上有廣大的市場；Nano-Tex公司已有開發之商業化產品問世。奈米纖維可用為過濾材料及醫學組織工程之支架材料；在藥物輸送之媒介、感測器、奈米電機等領域，亦具應用潛力；此外，利用其高表面積，可用以開發可撓式光伏特膜片，並進一步製成可穿戴之太陽能電池。
奈米纜線於化學與生物感測器上之應用，可預期近期商業化產品之出現；其他奈米纜線的應用，包括於氣體分離與微分析、可攜式電源供應器之催化劑、陶瓷微機電系統、幅射線偵測器、發光二極體、雷射、可調式微波裝置等。由於纜線間連結性之挑戰，目前奈米纜線於奈米電子工程之應用，仍處實驗室研發階段，商業化為長期化之目標。
五、奈米碳管（carbon nanotubes）
奈米碳管（carbon nanotube，CNT）是在1991年由日本NEC公司Sumio Iijima，在以穿透式電子顯微鏡觀察碳的團簇（cluster）時意外發現，為石墨平面捲曲而成之管狀材料，有單層（single-walled）與多重層（multi-walled）兩種結構。奈米碳管的製程方式包括電弧放電、雷射蒸發／剝離、化學氣相沉積法、氣相成長、電解及火焰生成法等[來源請求]。奈米碳管具許多特殊性質，如高張力強度（tensile strength ~100Gpa）、優良之熱導性、及室溫超導性，其導電性則隨不同的捲曲方式而變，可為奈米導線或是奈米半導體；研究並顯示奈米碳管可吸附氫氣，惟其機制與吸附效能目前仍無定論。
奈米碳管由於其許多特殊的性質，為目前最熱門的材料之一，其應用可略分為幾類：
（一）結構材料：由於奈米碳管之優異強度，高強度－重量比（strength-to-weight ratio）之新型複合材料之開發，可應用於汽車、航太、建築業等，在此方面的關鍵點為成本考量與均勻品質奈米碳管之量產技術。奈米碳管可用以製造導電塑膠及高效率幅射屏蔽複材，在紡織工業方面，亦具應用潛力。此外，若可克服技術及成本問題，製成奈米碳管電纜，可兼具奈米碳管於結構強度與導電性之優點，將為能源運輸之一大突破。
（二）電子工程：奈米碳管在量子效應下展現之電學性質，製成電子工程中之邏輯元件與記憶體，預期可巨幅提升電腦之速度與資料儲存密度，目前最大的礙障在於成本價格太高及奈米碳管連結技術上之困難。Nantero公司已宣稱將於3-5年內推出基於奈米碳管之1 terabyte NRAM（non-volatile RAM）[來源請求]。此外，奈米碳管之高導熱性，可以應用在奈米電路中高熱量之散佈。
（三）顯示器：碳奈米管具有低的導通電場、高發射電流密度以及高穩定性，極適用於場發射器。目前場發射顯示器（field emission display，FED）技術最廣受注目之開發為平面顯示器，已有不少企業，如日本NEC、韓國三星公司，工研院電子工業研究所投入碳奈米管場發射顯示器之研發，其具影像品質佳、體積薄小及省電等潛在優點，預期將超越其他FED技術及OLED（organic light-emitting diode），在未來平面顯示器市場上佔有一席之地[來源請求]。此外，碳奈米管陣列之場發射可應用於電子束微影蝕刻技術，可突破此技術於平行量產上之瓶頸。
（四）燃料電池：奈米碳管具吸附氫氣與碳氫化合物之功能，可以應用在航太與汽車工業上燃料電池的氫氣儲存槽。
（五）其他：奈米碳管具彈性且細長的優點，可作為原子力顯微鏡（AFM）或掃描隧道顯微鏡（STM）之探針，大幅提高解析度。碳米碳管的其他潛在應用，包括太陽能電池效能之提升、感測器之開發，及吸收式電磁遮蔽應用。