推 chung:哇..難得聽到夢慈在版上滔滔不絕..謝謝喔: 194.80.33.169 12/21
之前有整理過一個奈米課程的教材，還有幫姐姐寫了一份報告，
對奈米有一些認識，用我的理解簡單說說奈米，說錯江背請糾正。
奈米是一個尺度單位，一奈米為十億分之一，也就是10的-9次方米的尺寸大小。
『奈米』泛指1~100奈米的尺度範圍。
物體的三維中只要有一維尺度介於1~100奈米的範圍之內，就可稱為『奈米材料』。零維
的奈米粉體一維的奈米線、奈米管，二維的奈米薄膜，三維的奈米複材，都是奈米材料。
當一個系統的尺度縮小到奈米甚至更小，也就是很接近一個物理現象的臨界長度時，就
會產生新的性質、現象還有新科技。
在1~100奈米這樣的尺度下，會產生很多新的物理現象。
1.電子不能被看成是處於外場運動的經典粒子
正電荷的體積本身很小，它可以讓周圍的原子被感應，變成負電，負電在被感應成正電，
在一段距離遠後，原子就會感應不到這個正電，這個距離稱為『德拜長度』，典型來說
為20奈米。在處理大尺度範圍的物質時，感覺不到正電會超過20奈米，但當尺度小於20
奈米時，便會感受到正電，現象就會變的不一樣。
2.電子有集體效應
當電子被侷限在一個很小的奈米空間時，他的行動就會受到干擾，也就是平均自由徑的
概念。一般的自由電子最後都會抵銷至零，然而具備奈米尺度的金屬裡面所含的電子產
生集體效應，他們在同一個時間會往同一個方向跑，走到一半又被拉回，形成不斷的震
盪。當震盪和光產生共振的時候，物質和光的作用就會和傳統的完全不一樣，會產生很
大的增強效果。
3.呈現新能態
假設以金屬為例子，巨觀之下，金屬裡面含有無限多的自由電子，其能階是連續的。當
尺度縮小到奈米結構時，裡面的電子數目不再是無限多，因而會表現出分立的能階。
4.表面原子增加
我們一般接觸的物質像桌子、金屬等，大部分的原子即物質都是在裡面，表面只占一點
點而被忽略；但是到了10奈米時，表面的原子則占了20%，即大部分的原子是在表面。
5.表面鍵態嚴重失配
本來一個原子是不穩定的，它周圍可能要排6個、可能要排8個原子，才會成為一個穩定
的結構；可是若大部分的原子在最表面，上面也就是空氣了，所以它沒辦法滿足最穩定
的配位，因此就會產生很多的活性中心，進而影響化學平衡。
6.化學平衡體系改變
有一些原本是平衡的體系、不可逆的反應，可能因此變成可逆。一個常見的例子，充電
電池就必須是可逆的。因此，本來可以選擇的材料只有幾個元素，但是當到達一個尺度
時，可能就會有更豐富的材料系統可以發展。另外，由可逆變為不可逆的，就可能成為
一個很好的催化劑(觸媒)或感應器。
『奈米』有別於巨觀及微觀，屬於介觀 (Mesoscope) 的範圍。所謂巨觀就是指日常生活
所接觸的事物，可以用牛頓力學來預測和解釋的現象，微觀的部分則通常被定義成看一
個單獨的原子或分子；而介觀是指有原子也有分子，而原子和分子又會形成集體效應。
奈米科技之所以會吸引人，也就是巨觀跟圍觀其實人類已經研究的差不多了，而這個介觀
世界是全新的，大家所不了解的，因此大家趨之若鶩。至於形成這個介觀物質的技術，學
長與江背講了很多，這裡便不再贅述。
為甚麼需要發展『奈米科技』這樣介觀尺度的材料呢？有一個比喻我覺得相當貼切也容易
了解，那就是，以磚塊來推疊會比直接用沙粒推疊來的快而且有效率；單獨的原子或分子
就像是沙粒，而奈米元件就像是沙粒製作而成的磚塊，使用奈米元件像是奈米粉體、奈米
線、奈米管等來組裝不僅有效率，而且在物性、化性上又有很大的不同，如此一來，更增
加了其多樣性，這是『奈米科技』所要追求的，更甚者，以自組裝的技術製造出磚塊，更
可以達到節省人力並大量生產的目的。
自然界中因為奈米尺度而造成巨觀上神奇效應的例子很多，像是蝴蝶翅膀的顏色『彩蝶效
應』、連葉葉面的自潔效果『連葉效應』、『生物體磁導航』等都是很有趣的例子，有興
趣的話可以找到很多相關資料。
目前奈米科技在生物醫學上的應用非常多，像是『人造胰島』。其原理即，利用矽質薄膜
包覆老鼠的胰島細胞群，做成膠囊植入有糖尿病的老鼠體內，薄膜上佈滿20nm的孔洞，胰
島素分子可以緩慢釋放出來，血液中的氧氣與葡萄糖也可通過奈米孔洞供給活細胞，而大
分子抗體也無法進入薄膜破壞胰島活細胞，如此，糖尿病老鼠便不需天天注射胰島素。還
有非常多應用，都可找到相關資料，目前都還是動物實驗階段，'尚未真的應用在人體。
至於奈米科技危害的研究，我是幾乎沒看過，因為我看的書有限。
學長有提到幾點，重點都提到了，我也沒有其他可以說的，只是當人類可以完全操控原子
、分子時，理論上就能夠做出任何東西來，甚至是生命，那麼有關生命的定義，有關人為
力量介入大自然，破壞大自然規律等，這樣道德倫理方面的議題，也是很質得大家思考。
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