再創台灣奈米奇蹟
人才不足,也是同樣棘手的問題。國家奈米實驗室主任施敏表示,台灣每年高級科技人才的缺額都在三千人以上,業界除了疾呼希望開放大陸人才進入台灣長期服務外,也透過跨國合作的方式來加快人才的培養。像是國家奈米實驗室就和加拿大國家研發中心合作,互派人員取經,共用設備資源,也共享論文和專利,希望能突破資源不足的困境。
放眼未來,負責國家奈米人才培育的李世光教授已開始積極往下扎根。半年前教育部擬定了一項「從幼稚園到十二年級」的奈米推廣教育,選定多所標竿學校,像是建中、北一女、敦化國中小及東門國小等,從培養種子師資、編寫教案做起,希望讓孩子們及早一窺介觀世界的奧妙。
「奈米科技是下一世代的決勝關鍵,」李世光表示,現在的幼稚園孩子,二十年後將進入研究所,成為研發主力,現在教導,可以收事半功倍之效,「將來國家就『贏的策略』就在這裡了!」
全球奈米科技戰提前開跑,在台灣資訊產業已略顯疲態、成長力道停滯之際,尤其需要奈米科技來提振產業信心,指出產業發展的新方向。
楊日昌回憶,一年前工研院在產業界推廣奈米科技時,業界似乎不為所動,令他大為焦慮,所幸現在,大大小小的奈米研討會一場接一場,產官學研的交流熱度一天比一天高,「台灣的奈米氣氛已經形成了!」在第三波資訊革命中戰果豐碩的台灣,未來能否再創第四波奈米奇蹟,且讓我們拭目以待!
奈米小檔案
(李光真)
1.大自然是最奇妙的奈米結構工程師
大自然中,處處可見由「奈米結構」所引發的神妙現象,只是以前人類知其然而不知其所以然,直到窺知奈米天地後,謎團才一步步解開。
例如人類的牙齒可以歷經千年不壞,就是因為牙齒外表排列著奈米尺寸的微小晶體。而構造簡單的水黽可以行走在水上,除了腳上有層蠟外,也有奈米結構暗藏其中,才能展現滴水不滲的「撥水」能力;蓮花「出污泥而不染」的自淨能力,尤其可以作為奈米效應的代表。
此外,蜜蜂的腹部存有磁性奈米顆粒,可以作為導航雷達,藉此探知花叢、蜂巢與其他伙伴間的相對位置。同樣的,大海龜頭部也有這種顆粒,才能讓海龜環繞大洋一周,游過數萬公里海域卻不會迷路!
2.奈米還不是最小的世界
以肉眼可見的「巨觀」角度來看,奈米尺寸已經小到超乎想像,然而一個奈米的長度裡,還可以容得下十個氫原子、或是二到三個金屬原子,更別提原子裡還有電子、質子、中子等各式各樣活蹦跳躍的粒子了。
有人說,奈米的「奈」,上面一個「大」字,象徵著由牛頓古典物理學所統御的巨觀世界,下面一個「小」字,則是由量子力學所描繪的微觀世界;而奈米卡在中間,是一個以往未曾深究的神秘領域,開啟了介乎「巨觀」與「微觀」間的「介觀」天地。
3.發展奈米的好處
奈米科技常被擁護者讚譽為「綠色產業革命」。以傳統產業來說,若能利用多種奈米級材料的自淨及抗菌、除臭效果,發明出永久免洗的衣服、碗筷、電扇葉片和車子,或是雨水輕輕一沖刷就光潔如新的自淨式摩天大樓,將可以大大減輕水荒的威脅。
此外,奈米級二氧化鈦可以有效處理有機廢水,光觸媒效應對於有機毒物的分解也有極大幫助,可以協助清理海面油污。
再以標榜重量超輕、體積超小、反應速率超快、容量超大,用電量卻超省的奈米電子產品來說,一顆磁性記憶體可以取代目前的整排晶片,一張磁片可以存放一整座圖書館的書;以奈米碳管為元件的電腦,可以比現有的傳輸速度快上五十倍,省電效益也提高五十倍。
至於可以待機一百天的高效能手機電池、用一滴油就驅動的奈米引擎,甚至量子電腦、光子積體電路……,奈米科技對於處在石油耗竭陰影下的現代工業而言,也是可喜的福音。
4.奈米可能暗藏危機?
正當奈米的好處被科技界大肆宣揚之際,一些環保人士也已提出嚴正的警告。畢竟奈米結構細如毫末,非肉眼所能看見,等日後證實對環境有害時,只怕已追悔莫及了。
以現代人日常必需品──碳粉為例,碳粉已達奈米級,可以輕易穿透細胞,緊緊黏附在人體內,是否會引發另一次「石綿危機」?各界正密切觀察中。
在國外,奈米產業往往被定為「高污染特許行業」,無奈台灣在這方面的警覺心還不夠。一些為大廠代工作奈米粉體或混合加工的小廠內,煙塵瀰漫,配方中含有金屬成分的奈米微粒若吸入人體,即可能殘留不去,然而沒有戴特殊口罩或任何防護設備的工人,卻毫不以為意地在廠區行走工作,實在令人捏把冷汗。如何善用奈米的好處而不要受到傷害,還有待環保及公衛意識的快步提昇。
奈米科技大事紀
(李光真)
1959
諾貝爾獎得主、著名物理學家費曼在一場演講中提出,若能把二十四大本的大英百科全書全部儲存在一根針尖大小的空間裡,並移動分子和原子以進行加工,那時的科學將會是什麼樣貌?當年的狂想,為奈米科技開啟了新視野。
1962
日本物理學家久保亮五提出了著名的「久保理論」(量子限制理論),來解釋金屬超微粒子的能量不連續現象。人類開始瞭解,物質在超微型態(奈米尺寸)下,會表現出不同於平日所見的性質。
1974
日本學者谷口紀男率先提出
「Nanotechnology」
(奈米科技)一詞來描述精密機械加工,但當時少有人意識到這個領域的重要性。
1970s
美國麻省理工學院的科學幻想家德雷克斯勒開始倡議奈米科技,並在一九八六年出版的《創造的引擎》一書中,對未來的原子與分子機器進行了詳盡的描述,但被當時主流科學家視為一派胡言。
1982
IBM公司蘇黎世研究所的兩位科學家賓尼和勞爾研製出世界第一台可以觀察到金屬物質表面上單個原子排列的儀器,被稱為「掃瞄穿隧式顯微鏡」(STM),從此人類可以一窺奈米世界的堂奧。一九八六年,賓尼和同事進一步發明「原子力顯微鏡」(AFM),可以觀察非導電性材料表面上的原子排列情形。
1984
德國科學家格雷特發現奈米級二氧化鈦陶瓷粉粒具有極強的韌性,開啟了研究者對各式各樣奈米級材料的探索。
1985
英國化學家柯爾托及美國化學家史莫利等人從石墨中純化出一種被命名為「碳六十」(又稱「巴克球」)的奈米結構物質,並依此衍生出許多重要的奈米材料,包括一九九一年由日本NEC公司研究員飯島澄男所發現的「奈米碳管」。
1990
美國IBM公司的研究員伊格,在低溫中利用掃瞄穿隧式顯微鏡,成功將三十五個氙(Xe)原子於鎳基板上排出IBM三個英文字母,這是人類史上第一次按照自己的意志來操控原子排列。
同年七月,第一屆國際奈米科技會議在美國舉行,從此奈米科技正式成為一門獨立學科,以美國和日本為主的龐大研究群,將奈米科技的研發帶入高峰。