台灣產業決戰新世紀──奈米科技時代來臨

桃園八德鄉間，偌大的和成衛浴設備廠裡，一排噴漆工人正在為馬桶噴灑塗料。傳統塗料噴完後，工人又換了一管噴嘴，小心翼翼地再把馬桶內外的重要部位噴上一層粉紅釉料，有了這層紅袍加身，再經過一千兩百度的高溫窯燒後，「奈米馬桶」就此出爐，一套售價可以比傳統式的高出三千元，在衛浴界引發一陣跟進熱潮。

離和成不遠，位於觀音工業區的台灣特用化學老字號高銀化學公司，在歷經四年的投入後，成功開發出奈米級的電池隔離膜，讓電解效益大幅提昇，也由此一舉打入全球僅有四家的隔離膜寡頭壟佔市場。目前高銀化學不僅將這項新技術列為最高機密，同時考慮將奈米部門獨立出來，以「科技類股」之姿嶄新上市。

對經營日益艱困的傳統產業而言，奈米科技能讓產業推陳出新，開發新產品、甚至切入新產業，無怪乎業界颳起一陣奈米風，奈米纖維、奈米冰箱、奈米中草藥、奈米化妝品……，連搞不清處狀況的街頭小販都趕著推出「奈米便當」，要和蓬萊米、在來米一別苗頭！

各式各樣具有遠紅外線保溫或防污、抗菌、除臭功能的奈米級纖維，讓紡纖業士氣大振，爭相以新訴求來提振買氣。

小小世界大神秘

其實，奈米非米，它是單純的尺寸單位，一奈米相當於一米（一公尺）的十億分之一，用實物來比擬，一根針尖的直徑大約一百萬奈米，一根頭髮約是七萬奈米，連可以穿透陶瓷隙孔的濾過性病毒都有一百奈米！

這樣難以想像的細微世界中，蘊藏著許多不為人知的神秘現象，直到一九八二年，兩位服務於瑞士IBM公司的科學家發明了掃瞄穿隧式顯微鏡，可以在電腦螢幕上觀察到奈米結構後，這個神秘世界才逐漸揭開面紗，讓世人大為驚豔。

奈米科技，顧名思義，就是一種將物質縮小到奈米尺寸（目前定義為一至一百奈米之間）的技術。這種科技的進程，其實是非常自然的。

回顧科技史，肇始於一九五○年代的第三波資訊革命，其實就奠基於半導體產業的「微米化」（一微米等於一千奈米）：在小小的晶片上，殖入數以萬計的電晶體，讓電腦的體積越縮越小，功能越來越強大，造就了資訊產業的大幅躍進，也全盤改寫了人類的生活和工作型態。

微米化過程一路延續，最近十年更出現技術上的大躍進。以全球半導體製造業龍頭台積電為例，當政府還在為是否准許台積電○•二五微米（晶片上的金屬線距）製程赴大陸設廠而大傷腦筋之際，預計明年六月，台積電已將邁入○•○九微米（相當於九十奈米）的量產製程，正式揭開全球半導體奈米時代的序幕！

這座穿透式電子顯微鏡，不僅可以觀察到奈米級物品，還可以透視樣品表面下深層的原子排列，只是須在黑暗中操作，難度很高。

真金怕火煉！

和第三波資訊革命不同的是，奈米科技不僅攸關資訊產業的進展，對其他產業也有革命性的衝擊。關鍵在於近二十年來科學家發現，物質的性質遠非肉眼所見的那般穩定，就如同在超高真空或超低溫的情況下，物質的特性會有改變，同樣地，任何物質被微縮到奈米尺寸後，也會引發意想不到的特殊物理及化學性質的變化；如果將這種特性加以隔離、強化並善加利用，就可以創造出無數具有新功能的新物品。

例如，黃澄閃亮的金子，一旦縮小到五十奈米時，由於光線容易穿透，不易反光，因此顏色轉金為紅，可以作為絕佳的驗孕劑；等進一步縮小至五奈米後，原本「真金不怕火煉」、物性極為穩定的金子，此刻竟活性大增、躍動不停，可以作為用途廣泛的觸媒或活性劑。此外，原本不導電的物質開始導電、易脆裂的物質出現高延展性、對光熱的反應也出現變化等等，都是物質「奈米效應」變幻莫測之處。

在研究人員眼中，一種物質微縮後可能出現什麼樣的「奈米效應」，雖然可以依據物理化學理論基礎來進行推演，然而出人意表的狀況也不少。換句話說，物質在奈米尺寸下所展現的許多性能，和肉眼可以看到的「巨觀」世界不同，和更小的「微觀」世界（原子及粒子）也有所差異，目前科學家還在努力作歸納分析，希望能早日建立屬於奈米尺寸的「介觀物理學」。

奈米級的精細保養成分遇到毛細孔，就像「往山洞裡丟糖果」一樣輕鬆、每投必中，愛美的小姐也不必擔心保養品吸收不了了。

國力競爭新指標

在學理基礎還待建立之際，全球產業界已聞風而至，迫不及待地將現有知識應用到產品上，林林總總的奈米產品也相繼推出。對於這種現象，台大應用力學研究所「微奈米機電系統研究群」教授，同時負責教育部奈米科技人才培育的李世光指出，奈米科技同時兼具「學術」與「技術」齊頭並進的特質，在科技史上相當獨特，而學界與產業界兩者互相激盪，可以預見，第四波產業革命將會來得又快又猛，勢如破竹。

展望未來，大趨勢已十分明確。中研院院士兼國科會「國家奈米元件實驗室」主任施敏指出，據估計，二○三○年全球市場的前三十大產業中，有二十二項屬於奈米電子資訊業，包括可攜式資料通信設備、個人電腦、CPU，及最近正熱門的磁性記憶體產業等等，年營業額將高達十兆美元。至於另外三項和遺傳基因有關的生技產業，由於人類DNA的寬度正好約是一奈米，故也毫無疑問地會應用到奈米科技。

「奈米科技將主導下一世代的產業發展，『奈米化程度』將與『資訊化程度』並列，成為一國產業競爭力的新指標！」施敏表示。

展望國內奈米科技發展，統合國內奈米產業發展的工研院副院長楊日昌表示，預計到二○○八年時，國內奈米相關產值至少可以達到三千億台幣以上，屆時台灣奈米產業佔GNP的比重將超過日本。而李世光教授更信心滿滿地表示，奈米科技主要是一種製程科技，台灣既以IC半導體、DVD儲存媒材等製程能力獨步全球，在奈米時代來臨後，台灣的競爭力比起現在，只會提高，不會降低！

俗稱「巴克球」的碳六十，是繼鑽石和石墨外，人類發現的第三種純碳結構。由於結構特殊，妙用無窮，在產業界已掀起研究熱潮。圖為最近成立的「奈米碳球研發聯盟」，成員包括工研院及多家重量級企業。

打造「阿拉丁神燈」

奈米科技的潛力無可限量，但目前仍是蓄勢待發，估計要五年後才會進入全面起飛的高峰期。未來的應用可以粗分為四大區塊，包括奈米電子（含資訊、通信、微機電及微電腦家電等）、奈米材料、奈米醫學，以及國防科技等。其中進展最快的是各式各樣的奈米材料，至於奈米電子的發展應用所需的時程較久，一旦成功，所佔的比重也會最高。

施敏指出，自從英特爾總裁提出著名的「摩爾定律」後，二十年來，資訊業沒有讓大家失望，半導體製程更是以每三年線寬縮小百分之三十、電晶體的密度增加四倍的速率大幅躍進，一年前美國史丹福大學實驗室已推出線寬小於十五奈米的製程，幾乎已逼近物理學的極限。為了超越極限，全球資訊業者更著手研發「單電子單晶體」、或用直徑不超過三十奈米的「奈米碳管」來取代矽，希望能做出更小、更靈敏的晶片。

除了電子領域，奈米科技對材料、生物技術和國防科技領域，也都將產生重大衝擊。例如一種名為「碳六十」的足球狀奈米結構，可以快速地和愛滋病毒結合，一方面減低毒素，一方面防止病毒擴散，因此「碳六十藥物」的研發，已成為愛滋病患的新希望所繫。又例如美國利用奈米科技來研製一種「超碳黑隱身塗料」，這種塗料對雷達電磁波的吸收率高達百分之九十九，塗在戰鬥機上，可以躲避對方雷達的偵測，成為名符其實的「隱形」飛機。

進一步推演，當奈米科技更純熟後，人類將可以從分子和原子的層次上去操縱物質的形成，這種「bottom-up」的物質構造方式，將和現在利用切割、研磨等方式由大變小的「top-down」製程迥然不同。

甚至，未來人類可以當起造物主，創造出「人造原子」，或是讓原子與分子自動複製、排列成我們想要的組合。就像童話故事裡的阿拉丁神燈一樣，要吃烤雞時，只要召喚奈米機器人，它就會自動從空氣中抓取足夠的氮、氧、氫、碳等分子，依照口味指示聚合排列，憑空變出色香味俱全的雞腿！

為了讓生產線工人易於辨識，「奈米馬桶」的奈米級釉層特別做成紅色，再經過高溫燒烤後即回復原色。別小看這層紅釉，它的成本是傳統釉料的二十倍。

傳統產業的味精

拋開遙遠的夢想，落實到眼前。目前台灣產業界對奈米科技的應用還停留在非常初步的層次上，以各式各樣奈米級材料的研發和應用為主，推出來的產品也以民生用品為主，奈米科技已為傳統產業的升級開了一條新路，難怪中國大陸學者把它稱為「傳統產業的味精」。

目前正協助業界進行多項奈米級塗料研發的工研院化工所「精密與機能性化學技術」總計畫主持人林正良指出，國內產業業種齊全，連帶中上游材料產業也相當完整，像是塗料、添加劑、各種複合材料如塑膠、橡膠，以及金屬材料等，都在世界上佔有一席之地。而所謂奈米材料，也就是在這種基礎上，將高分子複合材料中的一項或多項成分做到奈米級的精細度，讓它們產生導電性更佳、透氣性或阻氣性更好，鋼性或延展性更強等等不同的奈米效應，以製造出性能更好的新產品。

以最近推出「奈米馬桶」而備受矚目的和成公司為例，負責此項開發案的和成欣業材料研究部陳世傑博士表示，當初公司並不是要發展什麼奈米科技，只因為台灣高溫多濕，衛浴設備會長一層霉垢，發黏發臭，多年來一直是個大困擾。為了要防污抗菌，和成曾在釉料中加入矽、鋁等各種成分去試，效果都不好。就在一籌莫展之際，陳世傑想到自己十多年前在英國的博士論文就是奈米材料的運用，於是決定放手一搏。

目前和成開發出來的奈米塗料，百分之七十是將原有的陶瓷釉漿成分奈米化，另外列為機密的百分之三十，則是以十多種稀有元素混合調配而成。就成本來說，奈米塗料是傳統塗料的二十倍，就功能來說，奈米級釉料極精細，噴在傳統釉料上，可以有效填補釉料上的坑洞，讓表面光滑細緻，連鉛筆芯刮過都了無痕跡，細菌及灰塵自然也沒有可以立足之處。

號稱具有遠紅外線放射、吸收、共振等特性，可以促進血液循環、活化體質的奈米舒活機，是最新一波的保健產品，但還是要先諮詢醫師再使用較好。

「為奈米而奈米」？

陳世傑強調，奈米科技其實不是新東西，許多產業為求精緻化，早已不知不覺跨進奈米範疇。例如顏料顆粒如果做到極細微，可以讓光線均勻穿透，避免散射，使畫面看起來更有質感，因此國外生產的高感度相紙及錄影帶等產品的塗料，早已到達奈米層級，只是以前沒有把這類技術獨立出來，成為一項專業學門，也不用特別的名稱來標舉罷了。

三個月前剛推出「奈米冰箱」而引爆市場話題的東元電機公司技術中心經理林詩良也表示，技術不等於賣點，產業界向來以產品為導向，不會「為奈米而奈米」，「我們要的是可以當作產品新訴求的特殊『效果』，而且還要能夠順利量產與銷售，否則裡面的原物料再怎麼精細也沒有用。」

林詩良指出，所謂奈米冰箱，其實只是附加了一些奈米級的小配件，讓冰箱的保鮮功用大為提升。因為兩年前他去日本參觀時，發現日本人用遠紅外線陶瓷材料作生魚片的包裝材，保鮮效果極好，後來經由工研院的轉介，才開始這方面的研發。

理論上，當陶瓷複合材料的顆粒細微到十至三十奈米時，發射出來的遠紅外線波長最適合用來保鮮，目前東元已經可以做到七十至九十奈米，一方面是在鋁盤上塗裝，用來盛放魚肉，一方面做成一片毯狀織物覆蓋在蔬果箱上，成效相當不錯。

在東元電機技術中心經理林詩良手中的鋁板，表面塗裝一層奈米材料，發散出特定的遠紅外線波長，有助於食品保鮮。

奈米材料大搜奇

事實上，早在「奈米」聲名大噪前，遠紅外線產品就已紅透半邊天。前陣子因為主播「削凱子」而引發話題的遠紅外線內衣，一件售價高達數萬元，用在人體上，據說能將人體的熱能轉化為「生育光線」，可以活化細胞，保暖強身，目前如遠東、福懋等紡纖大廠，都已開始這方面的應用。

除了遠紅外線纖維外，福懋還在二○○一年年中推出抗菌除臭纖維，其中應用到最近極為熱門的「光觸媒」奈米級二氧化鈦微粒。

二○○二年剛獲得國家傑出工程師獎的福懋興業研發中心主任陳永欽指出，俗稱「鈦白粉」的二氧化鈦，本來是尋常的白色顏料，然而研究人員發現，當二氧化鈦顆粒精細到奈米級時，可以依其不同結構，產生「紫外線吸收劑」或是「光觸媒」（經紫外線激發產生電子，留下正電洞，會吸收旁邊的水氣，氧化功能極強，可以分解細菌及煙味等有機臭氣）的效果。前者已經廣泛應用在美白化妝品裡，後者則可以開發成各種空氣清淨及殺菌除臭的產品。

不管是遠紅外線陶瓷、光觸媒，或是各式各樣的奈米級高分子複合材料，目前都已在產業界颳起一股應用熱潮。身為幕後的主要推手之一，工研院化工所總計畫主持人林正良表示，二百多年前，蒸氣機剛發明時，工匠會想，什麼東西可以用蒸氣機去推動？現在呢，研發人員普遍會設想，「什麼材料可以透過奈米化技術，產生更好的功能，讓產品更好用？」

各式各樣具有遠紅外線保溫或防污、抗菌、除臭功能的奈米級纖維，讓紡纖業士氣大振，爭相以新訴求來提振買氣。

期待群聚效應

對傳統產業的奈米化應用而言，台灣具有獨到的利基，「產業種類齊全，上中下游完整，工廠密度極高，異業交流管道非常多而深入，」工研院副院長楊日昌指出關鍵點。

楊日昌指出，奈米材料不是成品，材料作出來後，要用在什麼樣的產品上，要如何和原先的製程相結合，效果如何確認，都需要大量的互動和討論，而目前多數奈米相關廠商集中在桃竹苗一帶，可以牽引出「群聚效應」，加快奈米科技的發展腳步。

然而，平實來看，台灣發展奈米科技的疑慮也不少。第一個瓶頸是經費：不論在基礎科學或製程技術的研發上，奈米科技無疑都是非常昂貴的，一台可以觀察到奈米級表面顆粒的電子顯微鏡耗資上千萬，要能分析其內部結構的儀器更是貴得嚇人。一般廠商無力添置這些觀測設備，連研發出來的產品要送去工研院、國家奈米實驗室或各大學奈米中心檢驗，都要排隊等上好幾天。

此外，政府雖宣示六年內要投入二百多億元來發展奈米科技，但比起美國單單貝爾實驗室一年就投入三億美元，台灣最大競爭對手──南韓──更是傾國之力，韓國三星集團已率先用奈米碳管製成螢幕，震驚全球。這些國家的投入規模，都遠非台灣所能相比。

繼成功開發出奈米級的鎳氫電池隔離膜後，高銀化學還將進一步研發鋰電池中的奈米級微多孔膜，未來還可應用在醫療用品上。對公司能無心插柳切入新產業，副總經理莊文豐十分欣慰。

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。