奈米科技(Nanotechnology)

奈米的由來
最先提出人有可能在奈米層級做各種應用的是1965年的諾貝爾物理獎得主費曼，亦是知名的科普作家，在1959年提出「將大英百科全書全部寫在一個針尖上」；而以現在的科學觀點來說，只要縮小至四千萬倍就可以了。
 
奈米科技之定義及領域
一般奈米科技中的奈米(nanometer)是指10-9公尺，而一個奈米的長度大概是10個氫原子排在一起的長度。奈米科技意指在奈米尺度（1 nm~ 100 nm）上所研究的物質（包括原子、分子的操縱）的特性及相互作用，以利用這些特性的多學科交叉性的科學與技術。
 
奈米之應用
奈米就是十億分之一公尺，若將台灣島縮小為十億分之一，大小約和一粒鹽差不多；原子直徑平均約零點二奈米，去氧核醣核酸（ＤＮＡ）直徑二點五奈米，生物細胞一千奈米，打針時的針孔約一百萬奈米。

同樣的物質在傳統大尺度與奈米尺度中，會表現出完全不同的透光、導電、導熱、磁性等物理性質，另外腐蝕、氧化等化學作用穩定性也不一樣；也就是說，進入奈米尺度後，所有物質都等於變成一種新物質，這也是奈米科技發展無可限量的原因。不過這些應用大都屬於高科技產業領域，坊間現有的奈米產品，仍以傳統產業為主，利用「微小」的特性加強原有產品性能。

一般定義小於一百奈米的顆粒就是「奈米級」，製作出來的產品就是奈米產品，這種極微小顆粒可填平凹凸表面、透光性高（小就是薄）、可穿過皮膚以及人體容易吸收；還有就是微小物質的表面積比例較大，可提高遠紅外線物質、負離子物質、光觸媒的工作效率。

何謂奈米科技
傳統的材料科學是以冶金、陶瓷及高分子塑膠為基礎，以塊材材料(Bulk Material)為對象，而奈米科技係以基礎科學為根基，以奈米材料(Nanomaterials)為對象，主要研究著重在實際應用上之化學、物理、光電及機械所需具有的特殊及特定功能材料。
 
隨科技發展日新月異，反應慢、笨重的材料已日漸被淘汰，取而代之的是反應速度較快且體積微小的奈米材料。近年來科學家在奈米元件材料的製作上已有相當的進展，如場發射器、單電子電晶體、巨磁電阻層等材料元件晶片，如圖一所示，已可以做到比人類毛髮甚至蛋白質分子還要小的尺寸，可見微小化的奈米產品已不再是人類遙不可及的夢想。

奈米科技可分為三大領域:
(1)奈米元件:
以分子、原子為起點，製造具有特殊功能的元件。要製造特殊功能的元件，大致上有兩種方法：
A由上而下"(Top Down)或是"由下而上"(Bottom Up)；"由上而下"技術係利用微加工等方法，將元件不斷微小化。
B而"由下而上" 技術操控分子、原子，再依照人類的需求進行設計與組裝。

(2)奈米材料:
奈米材料是指材料的幾何形狀可達到奈米尺度，亦具有特殊功能的材料，其中主要類型包含: 奈米粒子、奈米管、奈米薄膜、奈米塊材等。奈米材料的製作亦可分為兩種方法，由下而上的次微米組合法，另一種則是由上而下將大結構鑿刻為小結構以創造出實體的方式。

奈米材料的特性
奈米材料有許多特性，以下列出三種特性 ：

材料奈米化：
材料奈米化以後，許多我們熟悉的特性，產生了相當大的變化。比如奈米碳管抗斷裂的能力比一般鋼鐵高，奈米金的熔點降低，奈米銅比一般銅要堅固好幾倍。

能量轉換最大化：
奈米化的電池，可以用很小的體積，容納更多的能量，且因能量轉換的效率高，比傳統電池更持久，但重量卻只有傳統電池的一半。
 
增加儲存容量：
一般光碟片，每個儲存點的大小等於500奈米，儲存容量大約是640MB。DVD光碟片的儲存容量是一般光碟片的8~16倍，大約為4.7GB ~ 8.5GB。但是用奈米技術製作的光碟片，儲存點可達到50奈米，一片光碟就有64GB的容量，儲存容量比一般光碟片大了約100倍。
 
(3)奈米檢測與表微技術:
為了在奈米尺度上探索及研究元件和材料的結構與性質上，必須建立完善的奈米檢測與表徵技術，才得以方便研究各式各樣的奈米結構的力、光、電、磁等性質與特性。
 
近年來隨著電子產品追求輕薄短小的趨勢下，使得人類對微小化材料的需求增加，也使得電子元件已由微米(10-6m)範圍邁入奈米(nanometer = 10-9m)範圍。然以現有的技術及設備材料的開發能力來看，已面臨瓶頸。以半導體製程為例，當CMOS製程技術推進到0.09μm、0.07μm等的奈米製程時，即已將CMOS半導體製程推向極限，許多前驅的研究便開始跳開目前製程的桎梏，為求能突破技術瓶頸，近年來全球便興起奈米科技的研究風潮。1996年諾貝爾化學獎得主Smalley於1999年美國參議院奈米科技聽證會上強調，奈米科技對未來人類健康及生活福祉之貢獻，絕對不亞於20世紀電子產品、醫學影像、電腦輔助工程、人造高分子材料的總合貢獻，可見奈米科技對未來科技發展是多麼重要的。
 
在後續發展上仍需基礎凝態物理研究與化學合成有效的整合，近年來在這類整合的研究上已有傑出的發展。它不僅有實際應用價值，更在基礎科學開發出許多新領域。例如：新開發的材料中碳六十、碳奈米管、半導體奈米晶體、中孔徑分子篩等，另外應用上的開發亦廣受注目。此外，在CMOS半導體製程上，亦由過去的從上而下(top-down)的減法製程轉向從下而上(bottom-up)的加法製程，亦即先由分子尺度製作類似電晶體功能的元件，然後再考慮彼此間的連線，以及將Micro世界訊息傳回Macro世界的問題。