第四次工業革命號角響起！
顛覆想像的奈米特異功能
繼「第三波」資訊革命之後，奈米技術吹響了第四波工業革命的號角，各種顛覆想像的奈米產品，也開始闖進日常生活中。保暖殺菌的奈米服裝、防污染的奈米塗料、長期保鮮的奈米冰箱、潔淨的奈米馬桶、超薄的奈米碳管顯示器、超大容量的奈米光碟、乃至奈米抗癌藥物…，一場生活革命即將展開！
撰文 / 張志誠
奈米科技的應用可說是全面性的，它的技術不僅可以用在尖端科技的研發，它的材料也可以讓傳統產業開發出新產品，而科學家及產業運用奈米科技所研發的各種產品，更讓人驚訝於奈米科技的潛力。
具有遠紅外線功能的服裝
「奈米複合材料」指的就是將既有的材料，運用微粒化的技術加以研磨焠取，製造出完全不同於傳統塊狀材料性質的奈米等級微粒。奈米複合材料的研發成功，讓產業界找到了打開新世界之門的鑰匙。
例如中華綠纖維公司，便利用具有「遠紅外線」功能的「奈米黏土」，製造出具遠紅外線輻射的機能纖維，可以做成促進血液循環，又極具保暖功能的內衣及禦寒外套。
另外，台灣元紅公司也在纖維抽絲過程中，加入能放射「遠紅外線」的「奈米級天然礦石微粒」，製成保暖泳衣及韻律服。穿上具遠紅外線輻射機能的韻律服，冬天游泳或運動時就不怕肌肉痙攣造成運動傷害。
殺菌除臭的光觸媒
也有廠商將可發揮「光觸媒」效果的「奈米級二氧化鈦」材料加入製程中，讓原有的產品增添新的功能。例如三陽紡織纖維公司，在抽絲紡紗的製程中，添加具有光觸媒效果的奈米級二氧化鈦色母粒，將織出來具光觸媒效果的布料做成內衣褲，即使在潮濕海島氣候型氣候的台灣，只要曬曬陽光，紫外線會激發布料中的二氧化鈦產生催化效果，使其主動分解有機物及細菌，達到殺菌除臭的效果。
空氣污染終結者
而台灣元台山公司則利用奈米級二氧化鈦材料，做成奈米口罩，能夠分解空氣中有害的一氧化碳，讓機車騎士不再受空氣污染之苦，而且洗後放在太陽下曝曬，還能加倍潔淨。
日本則是將同樣的二氧化鈦材料加工成「奈米塗料」後，塗在高速公路的隔音牆上，就能分解汽車廢氣中的二氧化硫，降低酸雨的濃度。而義大利也將所有的古蹟塗上一層二氧化鈦奈米塗料，以保護古蹟免受空氣污染之害。
台灣永光化學公司正在研發出可塗在玻璃上的「奈米塗料」，將窗戶玻璃塗上薄薄一層二氧化鈦奈米塗料，除了具備自我清潔的功能之外，經陽光照射後，還能殺死附著在玻璃表面的細菌，產生殺菌除臭的效果。
奈米黏土超級耐火
接受工研院技轉的百康陶瓷公司，所生產的「奈米級黏土」不僅可以加工成為耐火建材，它和ABS塑鋼材料混合之後，耐火性比傳統ABS要高出30%，而且導電性佳，讓各種電器產品更安全耐用，即使著火也不會發出有毒氣體。
將「奈米黏土」和尼龍加在一起，不僅耐高溫，而且重量輕、強度高，是做成汽車引擎蓋的好材料。添加奈米級黏土所製成的「奈米寶特瓶」，是各種飲料的絕佳容器，拿來做生啤酒瓶既不怕摔，而且擺再久，口味也和剛出廠時一樣新鮮可口。
奈米冰箱可長期保鮮
而東元公司推出的「奈米冰箱」，則是從日本超市將放射遠紅外線輻射的織布做成「生魚片包裝盒」得到靈感。東元把遠紅外線礦石燒解後，微化成「奈米級遠紅外線陶瓷粉末」，經過8個月的研究試製，將陶瓷粉末與化纖混合織成「遠紅外線襯墊」，放置在蔬果保鮮室內，利用遠紅外線讓水分子產生共振運動，分解水分子，使蔬果維持水分及鮮度達1個月。另外還將陶瓷粉末加工成「奈米遠紅外線塗料」，塗在肉品保鮮盒內的料理板上，就能讓肉品新鮮好調理。
台灣日光燈公司則利用奈米化的二氧化鈦微粒，做成「光觸媒奈米纖維」，並將它包裹在紫外線燈管外，藉著紫外線照射在光觸媒奈米纖維上，以氧化分解有機物，還原無機物，並達到殺菌效果，而且還結合電扇，生產出便宜又實用的「光觸媒環保涼風扇」。
奈米馬桶清潔溜溜
至於國內衛浴設備大廠的和成公司，則自行培養研發人員，從頭開始逐步開發奈米粉末、奈米接合劑，及內含銀離子，釉藥粉體只有50奈米大小的「奈米級陶瓷釉藥」，經過兩年半的努力，開發出屬於國人技術的奈米衛浴設備。
由於衛浴設備塗上奈米級釉藥，經過燒製後，釉面表面變得光滑細緻，因此髒東西不會卡在馬桶及洗手檯的表面，只要用水一沖，馬上回復原有的潔淨。而添加銀離子後形成高溫抗菌劑，馬桶即使3個月未沖洗，也不會產生明顯的異味，這種內含銀離子抗菌劑的馬桶，滅菌率高達99%，已經獲得日本食品分析中心及台灣食品工業發展研發所認證通過。
殺手級材料之奈米碳管
除了以上這些奈米化的傳統材料之外，「奈米碳管」可說是引發奈米科技蓬勃發展的新世代材料。奈米碳管是1991年時，日本NEC公司基礎研究室的研究人員飯島澄男，在合成碳六十分子時所發現的，深入研究後發現奈米碳管具有良好的導電性、導熱性、化學穩定度高、強度高，而且又具有韌性，科學家們另外還發現如果將奈米碳管和其他的材料混合的話，可以形成強度更好的複合材料。
由於其導電性佳，科學家們正在研發運用奈米碳管製造超小型的電晶體，或是用來發展更輕、更薄的顯示器，以取代傳統體積龐大的陰極射線管電視。另外在能源研發方面，由於奈米碳管導電性良好的特點，還可以製成使用壽命比現有最強電池還要長好幾倍的微型電池，讓筆記型電腦可連續使用24小時，或是讓手機的待機時間長達3個月以上。
在運輸方面方面，科學家也發現如果將奈米碳管與鋰或鉀混合之後，它的儲氫能力遠超過科學家的想像，如果這項新的儲氫材料研發成功的話，未來的汽車將不再以汽油而是以氫為燃料，屆時將能大量減低空氣污染，還給下一代一個潔淨的地球。
價格是黃金的百倍
目前產業界面臨的主要問題在於，奈米碳管的製造技術還不夠成熟，像是台灣的翰立光電公司，目前奈米碳管的日產量約為30公克，即使是發現碳六十的諾貝爾化學獎得主史莫利博士所創辦的碳奈米科技公司（Caron Nanotechnologies Inc.，CNI），其奈米碳管日產量也不超過40公克。由於產量稀少，使得奈米碳管的價格比同重量的黃金貴上100倍，因此如何大量生產以降低成本，是目前產業界正在努力的方向。
突破晶片製程極限 為量子電腦鋪路
現在是個比小、比快、比效率的年代，只不過是10年前，有台桌上型電腦就已經很風光，現在人手一台筆記型電腦還不夠，掌上型電腦還要能無線上網才夠炫。台積電與聯電「0.13微米（＝130奈米）製程」才逐漸成熟，大家就如火如荼地投入比微米級晶片運算速度更快，體積更小，將成為整合運算、影像以及無線通訊的下一代多功能「90奈米製程」晶片的研發。
不過隨著電晶體的密度越來越高，傳統IC製程的「光蝕刻微影」（photolithography）技術即將達到極限，而且所使用的光罩層數也會變多，提高生產的難度與成本，這都使得IC製程在材料、結構與製造技術發展上面臨瓶頸，因此開發全新技術的晶片勢在必行。
傳統電腦晶片中，電晶體的原理，是利用控制電流運動來代表開與關，當晶片尺寸越來越小時，電流運動的速度反而成為阻礙晶片速度的原因，這也讓科學家們想到如果以控制一個個電子的運動來取代電流的運動，這種「單電子電晶體」（Single Electron Transistor，SET）的構想，就能突破現有晶片製程的困境，而這也是「量子電腦」的運作概念。
低耗能的迷你高速電腦
由於「掃描穿隧式顯微鏡」的發明，讓人類第一次擁有在奈米尺寸上移動與操控原子的能力，科學家們正以此為基礎，研究利用雷射光來照射原子，作為量子電腦用來寫入或讀取資訊的方式；不過目前的問題在於單電子電晶體僅能於低溫下發揮功能，科學家們正在努力突破障礙，讓單電子電晶體能夠在室溫下運作。
如果在實用化的技術上能夠有所突破的話，那麼這種奈米級的單電子電晶體晶片將改變現有電腦的型態，未來更小、更快、更低耗能，而且具備與人類溝通的電腦將不再是夢想。
超薄的奈米碳管顯示器
如果說以單電子電晶體運作的「量子電腦」，對你來說還是遙不可及的夢想，那麼以奈米碳管為材料，顯示幕厚度不超過1公分，顯示效果媲美傳統陰極射線管（Cathode Ray Tube，CRT）電視的小尺寸「奈米碳管場發射顯示器」（Carbon NanoTube-Field Emission Display，CNT-FED），將有可能在2年後出現在賣場上。
奈米碳管場發射顯示器的原理，跟傳統電視的陰極射線管比較接近。簡單地說就是利用無數的奈米碳管尖端放電，來取代傳統陰極射線管中的電子槍，它不僅保留了傳統陰極射線管電視優秀的影像品質，而且能源消耗低，整個螢幕的厚度可以從陰極射線管的50公分壓縮到1公分，重量也大幅減輕，未來即使是40吋等級的奈米碳管場發射顯示器，也能夠輕鬆地掛在牆壁上，成為室內佈置的一部分。
工研院奈米科技研發中心計畫工程師周文漢說，韓國三星集團在1999年底製造出世界第一台奈米碳管場發射顯示器，雖然尺寸不是很大，而且也不能顯示全彩影像，不過已經讓世界各國為之震驚，而去年三星成功完成15吋的全彩奈米碳管場發射顯示器的原型機，證明以奈米碳管為材料的場發射顯示器技術將有可能成為新世代的顯示器，一旦奈米碳管商品化之後，配合數位電視系統的完備，具備價格優勢的奈米碳管場發射顯示器將可能取代電漿電視，成為大型平面顯示器的新霸主。
超大容量光碟
圖書館隨身帶著走
現有光碟片的儲存容量是650MB，上面的儲存點大小是500奈米，運用奈米技術將儲存點縮小到50奈米時，光碟儲存容量將增加100倍，使得一片光碟就有64GB的容量。如果技術再進步到以原子作為儲存訊號，每張光碟片的容量將暴增到640TB，也就是6,400,000GB，相當於現有光碟片容量的100萬倍。
台灣大學和錸德公司合作，已經利用奈米技術將儲存點縮小到100奈米，研發出100GB的光碟片，這種奈米技術光碟片不僅容量超大，而且和現有光碟機完全相容，如果儲存點技術能夠進一步向下突破的話，未來圖書館中所有藏書資料將能縮小到一張光碟片中，屆時大家都不必上圖書館查資料，因為每個人都能夠將圖書館帶在身邊。
奈米尺寸的醫生
好萊塢的科幻電影即將因奈米科技的發展而成真！1960年代的「聯合縮小軍」（Fantastic Voyage）以及1980年代的「驚異大奇航」（Inner space），敘述人類乘坐潛水艇在人體中冒險的故事，現在以色列及日本的科學家已經利用奈米技術，研發出可以取代胃鏡的口服內視鏡，小小一顆藥丸內有攝影機、無線電發報器以及電池，病人只要吞下口服內試鏡，可以照常上班上課，從此照胃鏡不再令人恐懼。
科學家也已經發展出和病毒差不多大小的生物分子推進器，未來這種分子推進器有可能取代手術刀，因為只要在微型藥丸的後面安裝分子推進器，藥丸就能夠在醫生的控制下順著血管到達病人的患部，並釋放藥丸內的藥物做最有效的治療，這就如同有一個「奈米尺寸的醫生」在體內為病人治療一樣。
降低抗癌藥物副作用
如果這些奈米科技醫療應用還太遙遠，那麼奈米科技結合藥物的技術突破，已經為癌症患者的治癒帶來曙光！由台灣東洋製藥公司和台灣微脂體公司合作生產的抗癌藥物「Lipo-Dox」，就是利用奈米技術發展出直徑只有100奈米，能將傳統抗癌藥物包裹起來的微脂粒。
將微脂粒打進人體以後，在體內循環的過程中，不僅較不會殺死健康的細胞，而且可以在穿透癌細胞的細胞膜之後，才釋放出抗癌藥物，這樣的治療方式不僅較有效，而且也由於打入體內的抗癌藥物劑量只要傳統療程的1/8，因此病人比較不會出現脫髮掉齒的副作用，也降低病人引發後天性心臟病的機率。
強化傳統中藥療效
同樣的奈米科技也為愛滋病的治療提供新的解決方案，科學家發現，碳族中碳六十的足球狀化學結構的鍵結，剛好能與導致愛滋病的HIV病毒結合，也能結合相關的化學物質，以減低HIV病毒的毒素及愛滋病毒擴散，加拿大的C SIXTY公司就利用這項技術，成功研發出治療愛滋病藥物，雖然距實用還有一段時間，但已為治癒愛滋病這種絕症帶來一線希望。
除了抗癌及愛滋病藥物之外，奈米科技對傳統藥物也有令人想像不到的貢獻。中草藥最為人詬病的一點，就是中草藥大多不溶於水，所以只能用煎藥的方式服用，因此九鼎生技利用超微米技術，將中藥研磨成奈米等級的超微粉粒，只要加水一沖，效果如同傳統煎藥一樣。奈米級微粒的藥物，可以在血管及組織內自由運動，而且由於其表面積大，能夠讓人體組織充分吸收，使得奈米級中藥更能發揮療效，同時這些奈米化的中藥還可以和其他食物結合，製成方便服用，有益人體吸收的營養食品。
第四次工業革命火車頭
根據美國國家科學基金會奈米科技小組委員會的推估，公元2010～2015年間，包括奈米材料、奈米半導體、奈米醫療、奈米化工、奈米量測工具在內，全球奈米技術的市場商機將可達到每年1兆美元，其中奈米材料與製程產業的市場將占34%，達3,400億美元，奈米電子等半導體市場為30%，達3,000億美元，另外奈米生技醫藥相關的市場占18%，達1,800億美元，化工業則為1,000億美元，航太產業可達到700億美元，市場商機可說是相當驚人，從以上橫跨半導體、光電、能源、醫療、及傳統產業的應用來看，奈米科技確實有繼資訊革命之後，成為21世紀推動第四次工業革命ꨊ滌吨O火車！
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