第四次工业革命号角响起！ 颠覆想像的奈米特异功能 继「第三波」资讯革命之後，奈米技术吹响了第四波工业革命的号角，各种颠覆想像的奈米产品，也开始闯进日常生活中。保暖杀菌的奈米服装、防污染的奈米涂料、长期保鲜的奈米冰箱、洁净的奈米马桶、超薄的奈米碳管显示器、超大容量的奈米光碟、乃至奈米抗癌药物…，一场生活革命即将展开！ 撰文 / 张志诚 奈米科技的应用可说是全面性的，它的技术不仅可以用在尖端科技的研发，它的材料也可以让传统产业开发出新产品，而科学家及产业运用奈米科技所研发的各种产品，更让人惊讶於奈米科技的潜力。 具有远红外线功能的服装 　　「奈米复合材料」指的就是将既有的材料，运用微粒化的技术加以研磨焠取，制造出完全不同於传统块状材料性质的奈米等级微粒。奈米复合材料的研发成功，让产业界找到了打开新世界之门的钥匙。 　　例如中华绿纤维公司，便利用具有「远红外线」功能的「奈米黏土」，制造出具远红外线辐射的机能纤维，可以做成促进血液循环，又极具保暖功能的内衣及御寒外套。 　　另外，台湾元红公司也在纤维抽丝过程中，加入能放射「远红外线」的「奈米级天然矿石微粒」，制成保暖泳衣及韵律服。穿上具远红外线辐射机能的韵律服，冬天游泳或运动时就不怕肌肉痉挛造成运动伤害。 杀菌除臭的光触媒 　　也有厂商将可发挥「光触媒」效果的「奈米级二氧化钛」材料加入制程中，让原有的产品增添新的功能。例如三阳纺织纤维公司，在抽丝纺纱的制程中，添加具有光触媒效果的奈米级二氧化钛色母粒，将织出来具光触媒效果的布料做成内衣裤，即使在潮湿海岛气候型气候的台湾，只要晒晒阳光，紫外线会激发布料中的二氧化钛产生催化效果，使其主动分解有机物及细菌，达到杀菌除臭的效果。 空气污染终结者 　　而台湾元台山公司则利用奈米级二氧化钛材料，做成奈米口罩，能够分解空气中有害的一氧化碳，让机车骑士不再受空气污染之苦，而且洗後放在太阳下曝晒，还能加倍洁净。 　　日本则是将同样的二氧化钛材料加工成「奈米涂料」後，涂在高速公路的隔音墙上，就能分解汽车废气中的二氧化硫，降低酸雨的浓度。而义大利也将所有的古蹟涂上一层二氧化钛奈米涂料，以保护古蹟免受空气污染之害。 　　台湾永光化学公司正在研发出可涂在玻璃上的「奈米涂料」，将窗户玻璃涂上薄薄一层二氧化钛奈米涂料，除了具备自我清洁的功能之外，经阳光照射後，还能杀死附着在玻璃表面的细菌，产生杀菌除臭的效果。 奈米黏土超级耐火 　　接受工研院技转的百康陶瓷公司，所生产的「奈米级黏土」不仅可以加工成为耐火建材，它和ABS塑钢材料混合之後，耐火性比传统ABS要高出30%，而且导电性佳，让各种电器产品更安全耐用，即使着火也不会发出有毒气体。 　　将「奈米黏土」和尼龙加在一起，不仅耐高温，而且重量轻、强度高，是做成汽车引擎盖的好材料。添加奈米级黏土所制成的「奈米宝特瓶」，是各种饮料的绝佳容器，拿来做生啤酒瓶既不怕摔，而且摆再久，口味也和刚出厂时一样新鲜可口。 奈米冰箱可长期保鲜 　　而东元公司推出的「奈米冰箱」，则是从日本超市将放射远红外线辐射的织布做成「生鱼片包装盒」得到灵感。东元把远红外线矿石烧解後，微化成「奈米级远红外线陶瓷粉末」，经过8个月的研究试制，将陶瓷粉末与化纤混合织成「远红外线衬垫」，放置在蔬果保鲜室内，利用远红外线让水分子产生共振运动，分解水分子，使蔬果维持水分及鲜度达1个月。另外还将陶瓷粉末加工成「奈米远红外线涂料」，涂在肉品保鲜盒内的料理板上，就能让肉品新鲜好调理。 　　台湾日光灯公司则利用奈米化的二氧化钛微粒，做成「光触媒奈米纤维」，并将它包裹在紫外线灯管外，藉着紫外线照射在光触媒奈米纤维上，以氧化分解有机物，还原无机物，并达到杀菌效果，而且还结合电扇，生产出便宜又实用的「光触媒环保凉风扇」。 奈米马桶清洁溜溜 　　至於国内卫浴设备大厂的和成公司，则自行培养研发人员，从头开始逐步开发奈米粉末、奈米接合剂，及内含银离子，釉药粉体只有50奈米大小的「奈米级陶瓷釉药」，经过两年半的努力，开发出属於国人技术的奈米卫浴设备。 　　由於卫浴设备涂上奈米级釉药，经过烧制後，釉面表面变得光滑细致，因此脏东西不会卡在马桶及洗手台的表面，只要用水一冲，马上回复原有的洁净。而添加银离子後形成高温抗菌剂，马桶即使3个月未冲洗，也不会产生明显的异味，这种内含银离子抗菌剂的马桶，灭菌率高达99%，已经获得日本食品分析中心及台湾食品工业发展研发所认证通过。 杀手级材料之奈米碳管 　　除了以上这些奈米化的传统材料之外，「奈米碳管」可说是引发奈米科技蓬勃发展的新世代材料。奈米碳管是1991年时，日本NEC公司基础研究室的研究人员饭岛澄男，在合成碳六十分子时所发现的，深入研究後发现奈米碳管具有良好的导电性、导热性、化学稳定度高、强度高，而且又具有韧性，科学家们另外还发现如果将奈米碳管和其他的材料混合的话，可以形成强度更好的复合材料。 　　由於其导电性佳，科学家们正在研发运用奈米碳管制造超小型的电晶体，或是用来发展更轻、更薄的显示器，以取代传统体积庞大的阴极射线管电视。另外在能源研发方面，由於奈米碳管导电性良好的特点，还可以制成使用寿命比现有最强电池还要长好几倍的微型电池，让笔记型电脑可连续使用24小时，或是让手机的待机时间长达3个月以上。 　　在运输方面方面，科学家也发现如果将奈米碳管与锂或钾混合之後，它的储氢能力远超过科学家的想像，如果这项新的储氢材料研发成功的话，未来的汽车将不再以汽油而是以氢为燃料，届时将能大量减低空气污染，还给下一代一个洁净的地球。 价格是黄金的百倍 　　目前产业界面临的主要问题在於，奈米碳管的制造技术还不够成熟，像是台湾的翰立光电公司，目前奈米碳管的日产量约为30公克，即使是发现碳六十的诺贝尔化学奖得主史莫利博士所创办的碳奈米科技公司（Caron Nanotechnologies Inc.，CNI），其奈米碳管日产量也不超过40公克。由於产量稀少，使得奈米碳管的价格比同重量的黄金贵上100倍，因此如何大量生产以降低成本，是目前产业界正在努力的方向。 突破晶片制程极限 为量子电脑铺路 　　现在是个比小、比快、比效率的年代，只不过是10年前，有台桌上型电脑就已经很风光，现在人手一台笔记型电脑还不够，掌上型电脑还要能无线上网才够炫。台积电与联电「0.13微米（＝130奈米）制程」才逐渐成熟，大家就如火如荼地投入比微米级晶片运算速度更快，体积更小，将成为整合运算、影像以及无线通讯的下一代多功能「90奈米制程」晶片的研发。 　　不过随着电晶体的密度越来越高，传统IC制程的「光蚀刻微影」（photolithography）技术即将达到极限，而且所使用的光罩层数也会变多，提高生产的难度与成本，这都使得IC制程在材料、结构与制造技术发展上面临瓶颈，因此开发全新技术的晶片势在必行。 　　传统电脑晶片中，电晶体的原理，是利用控制电流运动来代表开与关，当晶片尺寸越来越小时，电流运动的速度反而成为阻碍晶片速度的原因，这也让科学家们想到如果以控制一个个电子的运动来取代电流的运动，这种「单电子电晶体」（Single Electron Transistor，SET）的构想，就能突破现有晶片制程的困境，而这也是「量子电脑」的运作概念。 低耗能的迷你高速电脑 　　由於「扫描穿隧式显微镜」的发明，让人类第一次拥有在奈米尺寸上移动与操控原子的能力，科学家们正以此为基础，研究利用雷射光来照射原子，作为量子电脑用来写入或读取资讯的方式；不过目前的问题在於单电子电晶体仅能於低温下发挥功能，科学家们正在努力突破障碍，让单电子电晶体能够在室温下运作。 　　如果在实用化的技术上能够有所突破的话，那麽这种奈米级的单电子电晶体晶片将改变现有电脑的型态，未来更小、更快、更低耗能，而且具备与人类沟通的电脑将不再是梦想。 超薄的奈米碳管显示器 　　如果说以单电子电晶体运作的「量子电脑」，对你来说还是遥不可及的梦想，那麽以奈米碳管为材料，显示幕厚度不超过1公分，显示效果媲美传统阴极射线管（Cathode Ray Tube，CRT）电视的小尺寸「奈米碳管场发射显示器」（Carbon NanoTube-Field Emission Display，CNT-FED），将有可能在2年後出现在卖场上。 　　奈米碳管场发射显示器的原理，跟传统电视的阴极射线管比较接近。简单地说就是利用无数的奈米碳管尖端放电，来取代传统阴极射线管中的电子枪，它不仅保留了传统阴极射线管电视优秀的影像品质，而且能源消耗低，整个萤幕的厚度可以从阴极射线管的50公分压缩到1公分，重量也大幅减轻，未来即使是40寸等级的奈米碳管场发射显示器，也能够轻松地挂在墙壁上，成为室内布置的一部分。 　　工研院奈米科技研发中心计画工程师周文汉说，韩国三星集团在1999年底制造出世界第一台奈米碳管场发射显示器，虽然尺寸不是很大，而且也不能显示全彩影像，不过已经让世界各国为之震惊，而去年三星成功完成15寸的全彩奈米碳管场发射显示器的原型机，证明以奈米碳管为材料的场发射显示器技术将有可能成为新世代的显示器，一旦奈米碳管商品化之後，配合数位电视系统的完备，具备价格优势的奈米碳管场发射显示器将可能取代电浆电视，成为大型平面显示器的新霸主。 超大容量光碟 　　图书馆随身带着走 　　现有光碟片的储存容量是650MB，上面的储存点大小是500奈米，运用奈米技术将储存点缩小到50奈米时，光碟储存容量将增加100倍，使得一片光碟就有64GB的容量。如果技术再进步到以原子作为储存讯号，每张光碟片的容量将暴增到640TB，也就是6,400,000GB，相当於现有光碟片容量的100万倍。 　　台湾大学和铼德公司合作，已经利用奈米技术将储存点缩小到100奈米，研发出100GB的光碟片，这种奈米技术光碟片不仅容量超大，而且和现有光碟机完全相容，如果储存点技术能够进一步向下突破的话，未来图书馆中所有藏书资料将能缩小到一张光碟片中，届时大家都不必上图书馆查资料，因为每个人都能够将图书馆带在身边。 奈米尺寸的医生 　　好莱坞的科幻电影即将因奈米科技的发展而成真！1960年代的「联合缩小军」（Fantastic Voyage）以及1980年代的「惊异大奇航」（Inner space），叙述人类乘坐潜水艇在人体中冒险的故事，现在以色列及日本的科学家已经利用奈米技术，研发出可以取代胃镜的口服内视镜，小小一颗药丸内有摄影机、无线电发报器以及电池，病人只要吞下口服内试镜，可以照常上班上课，从此照胃镜不再令人恐惧。 　　科学家也已经发展出和病毒差不多大小的生物分子推进器，未来这种分子推进器有可能取代手术刀，因为只要在微型药丸的後面安装分子推进器，药丸就能够在医生的控制下顺着血管到达病人的患部，并释放药丸内的药物做最有效的治疗，这就如同有一个「奈米尺寸的医生」在体内为病人治疗一样。 降低抗癌药物副作用 　　如果这些奈米科技医疗应用还太遥远，那麽奈米科技结合药物的技术突破，已经为癌症患者的治癒带来曙光！由台湾东洋制药公司和台湾微脂体公司合作生产的抗癌药物「Lipo-Dox」，就是利用奈米技术发展出直径只有100奈米，能将传统抗癌药物包裹起来的微脂粒。 　　将微脂粒打进人体以後，在体内循环的过程中，不仅较不会杀死健康的细胞，而且可以在穿透癌细胞的细胞膜之後，才释放出抗癌药物，这样的治疗方式不仅较有效，而且也由於打入体内的抗癌药物剂量只要传统疗程的1/8，因此病人比较不会出现脱发掉齿的副作用，也降低病人引发後天性心脏病的机率。 强化传统中药疗效 　　同样的奈米科技也为爱滋病的治疗提供新的解决方案，科学家发现，碳族中碳六十的足球状化学结构的键结，刚好能与导致爱滋病的HIV病毒结合，也能结合相关的化学物质，以减低HIV病毒的毒素及爱滋病毒扩散，加拿大的C SIXTY公司就利用这项技术，成功研发出治疗爱滋病药物，虽然距实用还有一段时间，但已为治癒爱滋病这种绝症带来一线希望。 　　除了抗癌及爱滋病药物之外，奈米科技对传统药物也有令人想像不到的贡献。中草药最为人诟病的一点，就是中草药大多不溶於水，所以只能用煎药的方式服用，因此九鼎生技利用超微米技术，将中药研磨成奈米等级的超微粉粒，只要加水一冲，效果如同传统煎药一样。奈米级微粒的药物，可以在血管及组织内自由运动，而且由於其表面积大，能够让人体组织充分吸收，使得奈米级中药更能发挥疗效，同时这些奈米化的中药还可以和其他食物结合，制成方便服用，有益人体吸收的营养食品。 第四次工业革命火车头 　　根据美国国家科学基金会奈米科技小组委员会的推估，公元2010～2015年间，包括奈米材料、奈米半导体、奈米医疗、奈米化工、奈米量测工具在内，全球奈米技术的市场商机将可达到每年1兆美元，其中奈米材料与制程产业的市场将占34%，达3,400亿美元，奈米电子等半导体市场为30%，达3,000亿美元，另外奈米生技医药相关的市场占18%，达1,800亿美元，化工业则为1,000亿美元，航太产业可达到700亿美元，市场商机可说是相当惊人，从以上横跨半导体、光电、能源、医疗、及传统产业的应用来看，奈米科技确实有继资讯革命之後，成为21世纪推动第四次工业革命ꨊ涤吨O火车！ --

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