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　　第十二章 奈米科技 導論 「奈米」成為人人皆知的名詞，而隨著奈米科技的進步，奈米原料成為高科技、成绩好及價錢高的代名詞。不管正在百貨公司或賣場中，奈米相關產品無所不正在，蕴涵了常日生存中食衣住行育樂醫療等，對人類的生存帶來要紧的影響。科學家們所謂的奈米時代已經來臨，寻常人雖然每每聽到「奈米」二字，但奈米科技對寻常大眾而言仍有許众的誤解。以是，本章會先對奈米原料與其他原料做簡單的比較，接著介紹奈米原料的分類、性質及應用，並對其帶給人類及環境的衝擊做簡明淺顯的介紹。希冀透過本章的介紹，能讓讀者有少许基础的認知，而不致於道聽塗說。 12.1 何謂奈米? 奈米是科技的要紧關鍵為其尺寸，「米」為長度單位公尺(meter)的譯名，而「奈」字是一個單位标准，為英文nano的譯名，流露10-9亦即是十億分之一。以是將「奈」與「米」合正在沿道成為奈米(nanometer，???稱：nm)，是一種長度單位，為一公尺的十億分之一，也即是1 nm = 10-9 m。一奈米有众小？一奈米大约是4個原子串聯起來的長度，小到無法用肉眼觀察，用手也感覺不到。若以實物來舉例，假设我們將一公尺比喻為地球的直徑，則一奈米的長度大約是一個玻璃彈珠的直徑。(圖一) 圖一、為一公尺與一奈米之比例示意圖 奈米原料的定義為原料的三維(長、寬、高)中，起码有一維的尺寸介於1到100奈米；而奈米科技則是以奈米原料為基礎，經由磋议、量測或製制化合物之基础性質或結構，並進一步將此性子加以應用之技術的總稱。 奈米原料具有小尺寸效應(small size effect)、外面界面效應(surface boundary effect)、量子尺寸效應(quantum size effect)及量子穿隧效應(quantum tunneling effect)等基础性子，這些性子培育了奈米原料正在傳統原料不易達到的應用價值。比如，經由奈米科技處理過的紡織原料，具有防水、防油的功用，減少了廢水排放的汙染問題。而市情上許众抗菌的生存用品，即是將蓝本的抗菌物質進行奈米化處理，於生產過程中到场，抗菌毛巾、抗菌茶杯即產生。正在紡織製品中到场少量金屬奈米微粒，可消浸靜電效應的影響，解決了容易吸引灰塵及摩擦放電等缺點。將普遍的玻璃外面塗上一層摻有奈米二氧化鈦的塗料，那麼普遍玻璃就變成「自潔玻璃」。上述的幾個例子顯示奈米原料具有廣泛的應用潛力。 奈米小常識：奈米之父是誰？ 費曼被尊稱為奈米科技之父，正在1959年的演講中說道：「渺小宇宙有很大的發展空間(Theres plenty of room at the bottom)」，成為奈米科技的名言，也開啟了人們對「奈米」宇宙的好奇心。 12.2 奈米科學與技術 奈米原料的分類 根據区别的依據，奈米原料的分類办法有所区别，若以「奈米維度」來分類(外一)，可分為零維、一維、二維及三維等四類。『零維奈米原料』其三個維度都受限於奈米巨细範圍內，其幾何形狀為顆粒狀，實比如：奈米粒子、量子點等；『一維奈米原料』的三個維度的个中一個維度不正在奈米标准內，其幾何形狀為柱狀或線狀，實比如：奈米線、奈米圓柱、奈米管等；『二維奈米原料』的三個維度之中，只要一個維度仍节制於奈米标准內，其幾何形狀為層狀或膜狀，如：奈米薄膜、超晶格(superlattice)層等；『三維(或奇特)奈米原料』蕴涵了奈米孔洞原料及奈米嵌合層狀原料。 外一、各種奈米維度物質之型態 維度型態零維(顆粒狀、球狀)球烯(C60碳團簇結構)、奈米粒子一維(柱狀、線狀)奈米管、奈米線二維(層狀、膜狀)奈米帶、奈米薄膜、奈米薄板三維或奇特(立體結構)奈米孔洞原料、奈米嵌合層狀原料 依據目前廣泛磋议及應用的例子可歸納為奈米粒子(nanoparticles)、奈米纖維(nanowires)與奈米管(nanotubes)、奈米薄膜(thin films)以及奈米孔洞原料與奈米嵌合層狀原料等四類，而以碳造成的奈米原料因最早被開發且技術最成熟，是生產其他三類產品的基礎。以下將對此四類做進一步介紹。 奈米粒子(零維奈米原料) 奈米粒子，又稱為超微粉或超細粉，是指粒徑正在100奈米以下的零維度奈米粉末或顆粒，是一種介於原子/分子與宏觀物體之間，處於中間物態的顆粒原料，必須用電子式顯微鏡才略看到微粒。奈米标准原料的性質取決於其巨细、組成及形狀，而奈米粒子因三維皆正在奈米标准內，使其具有獨特的電子結構以及其外層/內層原子數比值高，而具有特別的電學、光學、磁學及化學方面的性質，以是正在許众領域中皆有其應用性的報導。 奈米纖維、奈米碳管(一維奈米原料) 奈米纖維指直徑為奈米标准而長度大於奈米标准的線狀原料，目前已應用於製成抗化學品、防水透氣及防油等奇特职能布料。 而奈米管中最知名的是奈米碳管，其為由碳原子組合而成的中空管，中間管徑為類奈米，而長度可為數毫米，其管柱結構就像是片狀石墨捲曲而成(圖二)。奈米碳管要紧分為單壁(single-wall)管及众壁(multi-wall)管；前者是由一層碳原子捲繞造成管柱，結構對稱性較高，且缺陷較少；後者則是由众層碳原子捲起而成的同軸碳管，結構中缺陷較众。奈米碳管為人工合成最細的管狀物，更要紧的是其具有許众優異性子，如：質量輕、高強度、高韌性、高外面積、高熱傳導性，以是有許众應用。以機械性質而言，奈米碳管為绝顶強韌的物質，其機械強度高且正在反覆彎曲後禁止易斷裂。單壁奈米碳管的強度約為鋼的10至100倍，但重量卻只要鋼的六分之一，是目前最好的機械原料之一。 奈米薄膜(二維奈米原料) 奈米薄膜依顯微結構的区别，可分為顆粒膜與緻密膜。顆粒膜是由奈米顆粒黏附，而正在顆粒間具有極小間隙的薄膜；而緻密膜是由奈米标准晶粒(或微粒)構成無顆粒間隙緻密薄膜。薄膜的性子與晶粒巨细、膜的厚度及外面粗劣度等息息相關，可應用於氣體催化(如汽車尾氣處理)原料、氣體感測原料、光敏原料、平面顯示器械料、超導原料等。 奈米孔洞原料、奈米嵌合層狀原料(三維奈米原料) 三維奈米原料的代外原料為奈米孔洞原料。IUPAC(International Union of Pure and Applied Chemistry)將孔洞原料，依據原料中孔洞直徑的巨细分為三類：大孔洞(macroporous, d 50 nm)、介孔洞(mesoporous, 2 nm d 50 nm)與微孔洞(microporous, d 2 nm)。而介孔洞又稱為奈米孔洞，此原料可稱之為奈米孔洞原料，而奈米孔洞原料將可應用於吸附、催化與生醫原料方面上。 圖二、碳的八種同素異形體(a鑽石、b石墨、c藍斯黛爾石、d~f富勒烯、g無定形碳、h奈米碳管) 奈米原料的性質 當原料奈米化時，並不单是尺寸的縮小，或许伴隨天生大粒子原料所不具有的奇特性質，奈米原料的性子為粒子的尺寸、組成及界面等身分的綜合效應。以下將針對10個較常被提及與討論的奈米原料性子作進一步說明。 小尺寸效應(體積效應) 當顆粒變小時所惹起的性質變化，稱為「小尺寸效應」。原料顆粒渺小化到粒子巨细趨向奈米尺寸時，當微粒尺寸與光波波長相當或更小時，其與光產生的效用與巨觀粒子区别，比如：奈米顆粒已無法招揽或反射可見光，以是無法以肉眼看到。奈米原料不单正在光學上具有奇特性質，正在聲、電、磁、熱等物理性質皆與巨觀粒子区别。比如：金屬粒子正在大於奈米尺寸時，熔點大約相当，而進入奈米尺寸後隨著粒徑的變小，其熔點不斷明顯消浸。 外面界面效應 當原料顆粒渺小化到粒子巨细趨近於奈米尺寸時，外面原子數/總原子數之比值大幅补充(圖三)。外面中的每一個原子都具有外面位能，隨著外面原子數补充，整體的外面位能也隨之补充，而活性也隨之提升。由於奈米粒子的總外面積大、外面位能高，且外面原子因配位數亏损，較內層原子更活潑，以是奈米粒子具有高化學活性，易與其他物質發生化學反應。金屬奈米粒子容易與其他原子結合，且露出於空氣中會吸附氣體，進行自燃反應，而無機奈米粒子也容易吸附氣體進行反應。 圖三、外面原子% (相對於總原子數之比例)與粒徑巨细之變化關係圖 量子尺寸效應 當物體粒徑标准低落至奈米标准時，構成物體之原子數有限，而各原子受到鄰近原子的影響減小，而具導電之電子數量有限，以是電子能階由蓝本的連續能階，變成離散的狀態，造成非連續的電子能階，使得能階間距變寬，產生量子限域效應(quantum confinement)。另一方面，其價帶(valence band)和能帶(energy band)之間的能階差(稱為能隙)，也會因奈米化而變寬。這種電子能階造成非連續化及能隙變寬的現象，稱之為「量子尺寸效應」。 量子穿隧效應 當物體被奈米化時，其奈米粒子能穿過總能比自身高的能障(barrier)，此效應稱之為「量子穿隧效應」。比如：磁化強度，具有鐵磁性的磁鐵，若粒子尺寸達到奈米級時，即由鐵磁性變為順磁性。 除了上述4個奇特效應外，奈米原料正在光、電、化、熱、力、磁學等性質上，也會產生與傳統大尺寸原料齐备区别，乃至出現相反的性子，以下會有較詳細的說明介紹。 奈米光學性質 物體粒子被奈米化後，對光與微波的招揽度皆提升。奈米化的金屬不齐备反射可見光，以是落空金屬光澤而呈其他顏色，尺寸越小，顏色越黑。比如，銀白色的鉑金屬變成奈米鉑粒子時呈現玄色，而黃金被製成金奈米粒子後，變成深紅色而不再是金黃色，大約至幾微米的厚度就能齐备消光。诈骗這個性子能够作為高效果的光電轉換原料，能够高效果地將太陽能轉變為電能。奈米粒子的量子效應使能隙變寬，使激發光譜與放射光譜位移(shift)產生藍位移(blue shift)或紅位移(red shift)現象。 此現象也存正在於自然界中繽紛燦爛的蝴蝶，其會隨著觀看角度的区别而改變党羽的顏色，是因為党羽上，具有微結構的光子晶體。而光子晶體是指区别折射率的物質成週期性罗列所組成，且會反射特定波長的可見光。而蝶翼外面即是有許众類似樹枝狀的奈米結構組成，每個插枝間的距離為70 ~ 100奈米，這些並不齐备規則罗列，以是會反射区别波長的光。 奈米小常識：為什麼蝴蝶的党羽这样鮮艷呢？ 蝴蝶党羽上的顏色有兩個機制。第一種為诈骗区别的色素，其會招揽特定波長，以是能使党羽呈現区别顏色。第二種是因為党羽上覆蓋數千個鱗片，其具有類似光子晶體網狀結構，可將特定波長的光反射，隨著觀看的角度区别與区别的厚度，而產生区别的顏色變化。而這個現象稱之為「彩蝶效應」。 奈米電學性質 奈米金屬中的自正在活動電子會隨粒徑變小而減少，使導電性低落，由導體變成絕緣體。而奈米等級的半導體其介電常數會有明顯的小尺寸效應，於臨界尺寸時會有極大值，當粒子尺寸大於或小於臨界尺寸時，介電常數均會低落。别的，奈米原料均具有奇特的穿隧效應與庫倫梗塞效應，以是被積極應用於掃瞄式穿隧電子顯微鏡上。 奈米化學性質 原料奈米化後，由於粒子粒徑變小，外面原子數的比例變大，為平均與周圍環境的位能差，奈米粉體的吸附才智遠大於大顆粒粉體，使外面活性大增，易於參與化學反應，所以具有較高的化學反應活性。 奈米熱學性質 固態物質正在大尺寸時，其熔點是固定的，當奈米化後，其熔點卻將顯著消浸，當顆粒小於10奈米時最為明顯。當粒徑逐漸減小時，外面原子的比例也逐漸补充，熔化所须要补充的內能減少，使得奈米粒子熔點仓促低落(圖四)。奈米粒子外面為高外面位能，是正在燒結中促使原子移動的驅動力，使奈米粒子比寻常大粒子更易於低溫燒結，而達到原料緻密化的目标。并且奈米微粒正在低溫時，熱阻很小，熱導性極佳，可做為低溫導熱原料。比如，金於一大氣壓下的熔點為1064 ?C，當顆粒尺寸縮小至10 nm時，消浸了27 ?C；而縮小至2 nm時的熔點僅為327 ?C安排。 圖四、金奈米粒子之熔點與粒徑巨细之變化關係圖 奈米力學性質 原料的硬度與尺寸巨细成反比，尺寸越小，硬度就越大，但晶粒縮小至一臨界值時，硬度會隨粒徑變小而消浸。與大顆粒的原料相較，奈米粒子有更众的空間與擴散途徑，故有較好的塑性及延展性，可提拔原料於機械的性子，而應用也較為廣泛。正在寻常景况下陶瓷原料具有脆性，藉由奈米微顆粒壓製而成的奈米陶瓷原料，卻具有精良的韌性。其因為奈米原料具有大的介面，介面的原子罗列是异常混亂的，以是原子正在施加外力的情況下很容易遷移，外現出具有較好的韌性與必然的延展性，使陶瓷原料具有獨特的力學性質。自然界中人類的牙齒，之于是具有高強度，是因為其外圍罗列著奈米标准的渺小晶體結構，网罗磷酸鈣等等所構成的。由於奈米原料外面原子的配位(核心原子能與周圍原子鍵結之個數)亏损，又有極強的凡得瓦力，以是奈米複合原料的強度、韌性、耐壓性、緻密性與防水性等性子大為补充和改进。 奈米磁學性質 科學家發現於少许生物體中(如：蝴蝶、蜜蜂、海豚及鴿子等等)，存正在具有奈米标准的磁性顆粒，這些生物正在地球這個大磁場中能辨別倾向，且具有回歸的性子。由於奈米原料之小尺寸效應，使得磁有序態轉變成磁無序態，且當粒子小到必然水平後，會呈現超順磁態(super paramagnetim)，超導相轉變為寻常相，所以產生新的磁學性子。當顆粒粒徑減小時，其磁化率(磁化強度/磁場強度之比值)隨溫度消浸而逐漸減少，其磁場強度补充。 奈米小常識：為什麼蜜蜂採完蜜後，清爽回家的道呢？ 以前的科學家認為蜜蜂是藉由北極星，或是身體的搖擺，告訴差错倾向。但之後科學家發現，正在蜜蜂腹部的滋養細胞(trophocyte)，內含有直徑極小的磁鐵顆粒，每個顆粒中又有八千众個的超順磁粒子，而這些粒子為奈米等級，且具有指南針的功用，以是诈骗這些小小指南針，能讓出門正在外劳动的蜜蜂，能把沿途經過的道記錄下來，那牠們就能清爽回家的道。 奈米原料的應用 目前奈米科技要紧性子及應用：(1)單位面積的記憶容量較傳統原料补充一千倍；(2)由下往上筑構奈米原料，可使粒徑漫衍均勻且容易统制正在奈米等級，而原料純度較高；(3)重量只要鋼的六分之一，但奈米原料的強度卻是鋼的十倍大；(4)半導體奈米晶體打针至體內後，晶體會自動找尋癌細胞，並與之結合後釋放藥物；(5)會清淨空氣及水質淨化；(6)提升太陽能電池之光電轉換效果。奈米科技對人類生存的影響，將會是全盘性且無遠弗屆。以是本書將以食、衣、住、行、育、樂及醫療美容等七大倾向為例，分別探討奈米科技為人類帶來之福祉。由於範圍廣闊，本文就以常日生存中常見之事物，精簡的舉例說明，蕴涵已產業化的應用及產品或仍正在研發中之科技。 食 奈米化陶瓷複合原料會發射出遠紅外線波長，其具有食品保鮮之功用，可將其製成盛裝食品的盤子或覆蓋於食品之上的物品，皆可達到保鮮之目标。目前市情上的「奈米冰箱」，即是诈骗此原料，將其增加入冰箱內，以补充保鮮才智，並能消浸冰箱所製制出的熱，以減少電力上的花費。奈米氧化鈦塗料具有自潔性，將其均勻塗佈於盛裝食品及水的容器之外面，可減少汙垢之產生。正在農業方面，將奈米科技應用於農藥上，可減少病蟲害，以達到防治成绩，以是补充農產品之產量；若應用正在肥料上，則有补充農作物招揽養分之才智。而應用正在食物上，將食品奈米化後，因為外面積补充，而使養分招揽???率提拔，營養物質之效率提升。增加奈米化之氣味加強劑於低卡道里食品或素食食品上，使得食品鲜味，又能够无须擔心食用過众，而導制肥胖的問題，這對減重產業到场了極大的吸引力。奈米技術除了能厘革品種、防治病蟲害與可減少農藥或抗生素的行使量以外，也正在食物加工過程中，提升產品的品質。如：酒類的發酵過程中，會產生少量對人體无益的甲醇及醛類，而具有辛辣的感覺，以是有業者於酒中增加奈米金，由於奈米金反應活性較高，可將反應性也較高的醛類與甲醇反應出具有香氣的酯類，以是可消浸飲酒時的辛辣感，也可讓酒變得更香醇好喝且更順口。 衣 纖維奈米化後，可應用於紡織品上，使其更具光澤且較有質感，又可提昇紡織品之职能，而較輕薄、柔軟、保暖。别的，奈米結構具有自潔之功用，假设不小心感染上油污時，可用寻常净水洗滌乾淨。而藉由紫外線照耀二氧化鈦光觸媒時，產生了電子與電洞後，正在與水及氧反應後，造成具氧化還原才智強的自正在基，可將病菌殺死並解析臭味(圖五)。以是將二氧化鈦到场纖維時，可袪除異味及預防病菌滋長，微量增加下也具有精良紫外線遮掩效應。藉由模板的擠壓而製成奈米尺寸聚丙烯晴纖維，具有奇特疏水性質，若適當調整纖維間距，可使水蒸氣與水能自正在進出，以是可製成擋雨水且可排汗之紡織衣物。正在鞋子應用上米乐M6官方，奈米物質具有吸濕排汗之功用，可提防於腳上的襪子發濕發臭的問題。其余，將半導體之氧化物奈米化後，而具有較高導電性及透后性，可將其夹杂於紡織品中或塗佈正在織物上，可造成好抗靜電原料。 圖五、光觸媒反應機制 住 若將筑材或塗料奈米化後，其具有防水、自潔、質輕、環保、耐震及高強度等性子。若奈米光觸媒應用於風扇、冷氣機及空氣清淨機等電器上，由於奈米顆粒具有高化學活性，解析反應性較高，以是可淨化空氣、除臭、殺菌或抑菌等清潔功用。而於馬桶、洗臉盆、浴盆等衛浴設備的外面上，塗一層奈米顆粒時，使衛浴設備之外面細緻平滑，以是可提防污垢之附著於外面上，更能禁止細菌孳生。别的，正在處理居家生存或工廠排放之廢水方面，诈骗奈米等級淨水劑，藉由其高外面積，可有用吸附污染物，又可大幅提拔污水處理速度及效率。而傳統太陽能電池光電轉換效果低，但科學家诈骗奈米科技，以奈米二氧化矽製成薄膜型太陽能電池，藉由奈米粒子所吸附之感光性染料，大幅提拔光電轉換效果，進而開啟大陽能電池市場，使更众民眾能享用到太陽能電池帶來的方便，也能够解決未來的能源危機。 奈米小常識：為什麼蓮花能出淤泥而不染呢？ 诈骗高解析穿透電子顯微鏡觀察蓮葉外面，發現其外面具有大約為5到15微米的隆起絨球，而上面覆蓋著具有奈米等級的纖毛結構，以是奈米等級的蓮葉外面就具有疏水性子。诈骗外面結構形成水珠及灰塵不易附著於葉面上，而達到潔淨效用。而這種自我清潔(self-cleaning)現象，由於是從蓮花中發現，以是稱之為「蓮葉效應」(Lotus effect)。 行 若將奈米複合原料運用於汽車上，可使車體重量減輕、強度增強。正在橡膠輪胎內摻入奈米碳顆粒，可补充輪胎之耐磨性與抗老化性，而补充輪胎壽命。汽機車廢氣須诈骗觸媒轉換器經化學反應天生可排放的水及二氧化碳後才排放，而觸媒轉換器中的觸媒(催化劑)經奈米化後，由於具有較高外面積，以是具較強之催化活性及較高之催化效果，可更有用處理廢氣轉換成不具毒性的可排放氣體。比如：奈米碳管能招揽戴奧辛，能有用處理空氣污染物；金奈米顆粒催化劑可將一氧化碳轉化為無害的二氧化碳，而將氮氧化物還原成氮氣及氧氣；而二氧化鈦奈米顆粒更是成熟的光觸媒，可應用於處理廢氣及空氣清淨之局限。至於空氣污染所形成的臭氧層破壞問題，目前經實驗證實聚苯乙烯高分子奈米氣膠，可有用包覆众氟化物(過氟萘烷，perfluorodecalin)，可消浸對臭氧層的破壞，有助於保護地球之臭氧層。其余，奈米能源技術的開發，使人類免於過分依賴逐漸減少的石油能源，比如：诈骗奈米觸媒將太陽的光能有用率地轉換成電能；别的，可藉由所產電能將水解析，產生無污染的新能源-氫氣，並利东西有高儲存氫氣之才智的奈米碳管搜罗以利行使。目前新能源技術發展，如：太陽能電池，已朝奈米科技之應用倾向發展。 育 現今科技急速發展的時代，須要儲存收拾的資訊日趨增加，此時恰是積極開發奈米技術的時代。而現今科技產品日趨向於輕薄短小，奈米原料正合适此请求，相較於傳統記憶儲存原料，奈米化後可大幅补充記憶體儲存容量。比如：將寻常光碟片上塗了一層15奈米的氧化銀原料後，居然能够打破光繞射極限，把光記憶點由蓝本的數百奈米(光學極限)縮小到100奈米以下，進而提升光碟儲存容量，為寻常光碟容量的百萬倍，以是可有用的补充保全資料。正在資訊產業的積體電道改进上，傳統矽之電子電道技術為微米級層次，而當奈米技術引入後，不只可加快電腦運算處理速率，更提升省電才智。由於目前半導體界往精細製程發展，而奈米碳管的傳輸速率與密度較傳統原料高，極有或许代替現代電子設備。正在印刷技術方面，將奈米科技引入，可大幅改进油墨品質及設備，將會具有極細緻、精確的高品質彩色印刷。而將奇特奈米塗劑塗佈於寻常紙張上，會具有防水及防油之功用，以是可延長書籍壽命。 樂 將奈米製程技術運用於手機晶片上，可使影音傳輸品質更疾捷、更清爽細緻，且功用更众元化。奈米碳管也可應用於製成場發射顯示器(field emission display, FED)，本钱比以往傳統映像管電視(cathode ray tube, CRT)價格相當，但其影像顯示品質卻能與高畫質數位電視之高解析畫質相媲美，並兼具有重量輕及厚度薄之優勢，乃至可做成紙片的花式，可捲曲保藏及攜帶便当。奈米化之電池可大幅提拔化學反應之效益，進而提升電池蓄電力之容量，可延長手機、數位相機及攝影機、筆記型電腦或其他機器之行使時間。行使機器時所產生之電磁波，對人體壮健之伤害，是民众關心的話題，而金屬的奈米粉末，對電磁波之招揽性子，將可做為手機輻射遮掩罩之原料。而於有機化學還原劑中，奈米銀可有用還原成銀粒子，藉此提拔相片感光品質及縮短沖洗照片時間。 醫療美容 奈米科技與醫學的結合，將能發展出具靈敏、準確、有用的醫療原料，對人類的壮健帶來希冀，正在醫學上也是一大進步。醫學檢驗方面，奈米檢測晶片可代替傳統複雜人工檢驗步驟，並可使檢查平台渺小化；並诈骗奈米金粒子之奇特的顏色變化，做為驗孕(圖六)、藥物成癮、肝炎、愛滋病病毒及梅毒等之篩檢。正在治療疾病方面，抗生素容易使細菌產生抗藥性，若將奈米科技運用於醫藥上，將會使細菌不易產生抗藥性，並可逐漸代替目前之抗生素。别的，將半導體奈米晶體接上癌細胞的抗體，然後打针至體內，晶體會自動找尋癌細胞並與之結合，而诈骗光源的激發，使半導體奈米晶體發出螢光，以是可诈骗儀器偵測而可輕易的寻得癌細胞的场所。定位給藥與顯微打针都是運用奈米技術，可有用的袪除人體內之癌細胞、病毒或細菌。比如：若包裹著糖衣的奈米氧化鐵粒子，食入體內可躲過免疫細胞的吞噬，可有用地進入腫瘤組織，且诈骗交換磁場技術，使氧化鐵停止於腫瘤场所上，藉由攜帶進入體內的藥物，將腫瘤癌細胞有用地殺死；而具足球狀的「碳六十」奈米結構(圖七)，可疾捷與愛滋病病毒結合，可用此減低病毒之效用，且可反对病毒之擴散，补充治療愛滋病的另一本领。 圖六、诈骗金奈米呈色性質的驗孕筆 圖七、足球狀碳六异常子結構 而照胃鏡的內視鏡已發展成膠囊(圖八)，且其具有三合一功用，蕴涵：前端攝影機、影像感應傳輸器與细密電池(圖九)。以是當患者吞下膠囊內視鏡，經過腸胃消化時，會不斷地拍攝腸道的影像，就能够把胃腸內的影像，傳送至患者攜帶的無線傳輸接收器，可減緩以前照胃鏡所產生的不舒适感。未來，隨著奈米科技的進步，醫學上也將會提出更众功用與治療办法。 圖八、膠囊內視鏡 圖九、膠囊內視鏡內部剖解結構 美容保養方面，奈米化妝品或藥物之顆粒較傳統大顆粒之細微，以是塗覆於皮膚上更容易滲透進入皮膚外層，對於效用部位可有用提拔療效及消浸藥物行使劑量。而於美容保養品中到场了奈米氧化鋅粉末，可有用招揽紫外線，避免紫外線形成皮膚的傷害，且具有滲透及修復功用。别的若將清潔用品奈米化，有或许讓不該進入皮膚的因素進入肌膚裡層，對身體形成不良反應或副效用。故奈米化後的化妝品須依行使目标及對象而有所區別，才可有用發揮奈米化之服从。 12.3 奈米科技帶給人類的衝擊 12.3.1 生存科技的大幅前進 奈米科技應用廣泛，常日生存中弥漫著奈米相關產品，使人類的生存大幅前進，為了提防假的奈米產品欺騙消費者，及保证消費者權益，以是經濟部推广奈米徽章(圖十)，其形狀即是以無限「?」符號，以象徵奈米之無限渺小化及奈米技術應用無限大。只须通過奈米產品驗證體系的奈米產品，經濟部就會給予奈米徽章，以是消費者正在購買奈米產品時，認明產品上的奈米徽章。 奈米科技正在原料科學、奈米電子和資訊電腦技術、生物技術、醫學技術等众方面兴盛發展。奈米技術，影響到统统領域(圖十一)，不管是正在科學磋议及生存應用上，都饰演要紧之脚色。奈米科技的進步，也使科學磋议大躍進。以是任何國家都正在積極磋议此項技術，將其發揮到最大效率，也維持經濟發展，是個不行忽視的科技產業。 圖十、奈米徽章之圖樣 圖十一、奈米科技應用於各領域 12.3.2 對環境與壮健的安静顧慮 極渺小的奈米顆粒，因渺小化而使原料的物理、化學性質及外面活性發生變化，以是也極有或许具有毒性，而正在某些情況下接觸或吸入的話，對壮健是有伤害。以是，縱使「奈米科技」有許众的應用價值，但也確實存正在著危險性。假设奈米粒子被釋放到空氣中或水中，也或许會形成環境汙染！ 奈米科技對環境之影響 「奈米科技」對環境的影響有好有壞，以是當我們行使奈米科技的同時，我們應研究將會形成的問題。將奈米科技應用於各種用处上，可消浸環境中汙染物之含量；但行使奈米微粒製制奈米產品時，或许會使得奈米微粒宣传正在空氣中或水中，假使自身不具有毒性，但由於奈米微粒具有高反應活性，可與其他物質產生化學變化，或许使泥土與水具有毒性，對環境形成伤害。也有環保人士擔心，若造成有毒的奈米微粒，而被動物或植物吸入，經由食品鏈後，是否會對人體壮健形成伤害。雖然至今並無直接有用的證據，證明奈米科技會伤害環境與人體，但仍須對其做風險評估，以是未消除齐备兴办奈米科技是否會伤害環境與人體的或许性。以是後續將對其做更深切檢測及探討磋议，才略進一步瞭解奈米科技對環境之影響。 奈米科技對壮健之影響 奈米微粒可藉由吸入、吞嚥、從皮膚招揽或注入等办法進入體內，由於其标准所衍生的少许特別物理、化學性質及更高的反應活性，對身體產生或许伤害，禁止忽視。而當奈米微粒若經由肺部招揽進入體內，或许會與體內的金屬離子產生化學反應，進而釋放有毒的化學物質；也有報導指出人體內若有過众的奈米微粒，因其具有高移動性，可經由肺臟進入腦部，使中樞神經產生病變；若進入血管中，或许會造成血栓。别的，也或许經由皮膚進入體內，如：塗抹具有奈米之化妝品或保養品等等，將或许產生氫氧自正在基，而使身體發生氧化反應，導致對身體的傷害。而這些形成身體壮健伤害的問題，都须要進一步的磋议釐清，並對其進行安静性之評估。 奈米科技確實帶來許众便当，但也有許众對於環境與壮健上的伤害，是當初沒有考慮到的！然而，奈米時代的來臨，生存中充滿了奈米相關產品，讓民眾覺得不知所措！除了噱頭以外，我們應該仔細研究，奈米科技將會帶來的負面影響，對環境、生物形成的衝擊都是值得我們重視。 名詞解釋 奈米(nanometer)：是一種長度單位，為一公尺的十億分之一，也即是1 nm = 10-9 m。 奈米粒子(nanoparticles)：粒徑正在100奈米以下的零維度奈米粉末或顆粒。 奈米纖維(nanowires)：直徑為奈米标准，但長度大於奈米标准的線狀原料。 奈米碳管(nanotubes)：由碳原子組合而成的中空管的管徑為類奈米，而長度可為數毫米，其管柱結構就像是片狀石墨捲曲而成。 小尺寸效應(small-size effect)：當顆粒變小時所惹起的性質變化。 外面界面效應(surface boundary effect)：當原料顆粒渺小化到粒子巨细趨近於奈米尺寸時，外面原子數/總原子數之比值大幅补充。 量子尺寸效應(quantum size effect)：當粒徑标准低落至奈米标准時，構成物體之原子數有限，以是電子能階由蓝本的連續能階，變成離散的狀態，造成非連續的電子能階，使得能階間距變寬。 量子穿隧效應(quantum tunneling effect)：當物體被奈米化時，其奈米粒子能穿過總能比自身高的能障。 參考文獻及延迟閱讀 圖解奈米科技與光觸媒，商周 出书，呂宗昕 著 圖解奈米應用技術，全華科技出书，工研院 著 奈米科學與技術，科學出书社 出书，劉吉平、郝向陽 著 參考資料m_facture/Nanotech/Web/ch7.htm .tw/m_facture/Nanotech/Web/ch7.htm  HYPERLINK .tw/Publication/Newsletter/no70/p09.php .tw/Publication/Newsletter/no70/p09.php  HYPERLINK .tw/Publication/Newsletter/no71/p14.php .tw/Publication/Newsletter/no71/p14.php  HYPERLINK .tw/ct.aspx?xItem=8301&ctNode=40&mp=1 .tw/ct.aspx?xItem=8301&ctNode=40&mp=1  HYPERLINK .tw/bongchhi/old/supermarket/supermarket35.htm .tw/bongchhi/old/supermarket/supermarket35.htm  HYPERLINK /wiki/%E7%BA%B3%E7%B1%B3%E7%A7%91%E6%8A%80 /wiki/%E7%BA%B3%E7%B1%B3%E7%A7%91%E6%8A%80 圖解奈米科技與光觸媒，商周 出书，呂宗昕 著 奈米科學與技術，科學出书社 出书，劉吉平、郝向陽 著  HYPERLINK .tw/DocView.aspx?id=8127 .tw/DocView.aspx?id=8127

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