小小奈米，让世界大不同！ 爱滋病有医！纸张不怕水！萤幕薄得像纸！讲的都是奈米科技。日本的创投有一半已经或想投资奈米科技，美国预估奈米未来市场有一兆美元，台湾这6年内要投入230亿元作奈米科技……，奈米科技听起来又神奇又值钱，到底是什麽东西？ 采访‧撰文= 陈延昇 奈米是一公尺的十亿分之一，也就是一根头发厚度的五万分之一。因为它够小，使得材料产生完全不同的特性，形成很多特殊功能。最有名例子荷叶效应（Lotus effect），荷叶能出淤泥而不染、水珠不会分散的原因是荷叶表面有自然的微小奈米级颗粒，让污泥、水粒子不容易沾附表面。奈米科技应用的超微小特性，彷如西游记中孙悟空缩小去办事无往不利（事实上，奈米生物科技会像电影《惊异大奇航》（Inner Space）一样，让微小机器在人体内检测治疗。） 奈米技术最惊人的，是透过对物质极微细尺寸的操纵，技术上已经能直接移动原子。这层技术的可怕之处在於：如果你可以随意操纵组成物质的原子，就能任意改变、创造物质。换句话说，当人类完全掌握奈米技术时，就如同找到点石成金的「仙女棒」。 比方说，矽的特性易碎，奈米级的矽却可以弯曲，未来电脑甚至可以卷起带走；金是惰性金属，不容易变化，奈米技术做成的金却是防毒面具的绝佳活性剂。对传统材料来说，奈米技术就像「味精」，添加奈米技术会让物质材料有提味醒觉的全新效果，开启非常庞大的运用空间。工研院副院长兼奈米科技研发中心主任杨日昌指出，「奈米材料的新特性，会让传统产业出现颠覆性的改变。」 颠覆性的改变 世界各国都投入奈米科技，听起来像神话却一一出现。德国研发奈米牙膏，利用微细黏胶颗粒能自动修补蛀牙裂缝；英国研发奈米气喘警告手表，透过奈米微量侦测技术提早警告有致喘物质；美国正发展间谍功能的智慧灰尘，灰尘中奈米侦测装备可以收集资讯；日本的奈米玻璃照到太阳後，奈米微粒氧化会自动清洗窗户脏污；韩国发展出奈米碳管显示器，萤幕厚度不到一公分。 美国国家科技委员会估计未来10至15年，全球奈米技术产业产值每年将有一兆美元，其中奈米材料占3400亿美元，奈米电子占3000亿美元。国内方面，奈米国家型科技计画估计2008年 相关产值会达3000亿元，其中民生化工占1200至1500亿元，电子资讯有800至1200亿元，预计投入研究应用厂家会超过800家，到2012年奈米相关产业产值将达1兆台币，厂商会增到1500家。 奈米应用的美丽新世界 奈米电子是奈米科技里最重要的分支，目前IC（积体电路）的微电子技术在过去40年，运算速度增加了3000倍，记忆体密度增加100万倍，要再更快更小就得靠奈米技术。目前全球的半导体业即将从微米进入奈米级量产制程，奈米制程晶片拥有的运算更快（超过Pentium4速度百倍以上）、面积更小（约为现有0.13微米制程的一半）。着名的摩尔定律（每隔18个月，性能提升一倍）目前受限於矽的物理性质无法继续提升性能。如果要让摩尔定律仍有效，将来必须利用奈米技术突破。 位於新竹交大校区的国科会国家奈米元件实验室日夜灯火通明进行研究，就是要落实这个目的。「奈米必须要发展，台湾资源很少，但是头脑是我们很大资源，」国家奈米元件实验室主任施敏说。无尘室忙碌的研究员有一部份来自各大学院博硕士学生，利用6寸晶圆实际生产设备作实习测试、合作研究。结合学术的尖端研究建立未来产业3至5年的发展基础，目前技术已达50奈米水准。建置700坪各级无尘室的旧厂已不敷使用，今年7月新的实验大楼又再动工，基地4100坪，无尘室共880坪。 台积电12厂是配合12寸晶圆的新厂，厂区还有小部份工程正在进行，研究人员、访客、工人交错走动，厂区很热闹。近400位的研究人员有一半已经投入90奈米制程的相关流程，0.13微米（130奈米）制程还在持续提升良率，90奈米制程又要赶快做下去。「手机要更小、要有彩色影音、要能上网、要有PDA，为了满足这些需求，非得90奈米的高阶晶片才能整合出这麽多功能来。」制程技术行销处处长尉济时指出。 如果说奈米电子技术是高科技产业的维他命，奈米材料就是传统材料、制造产业的强心针。杨日昌分析，奈米影响传统产业以奈米材料为主，奈米材料从涂料、表面处理、粉体、复合材料、整体材料，从浅到深应用无穷。相对而言，奈米对传统产业影响会远大於高科技产业。 对传统产业影响来自於原料素材特性的改变，陶瓷表面奈米处理可以防污抗菌、尼龙加入奈米微粒可以耐热、纸张衣料加上奈米涂剂可以拨水拨油、金属掺上奈米物质可以强度提升、玻璃经奈米触媒可以自动清洁，改变之大、数量之多、用途之广非常惊人。 永丰余把可以防水、防油的奈米技术涂料使用在纸制容器，奈米技术纸容器可以当成塑胶容器使用，而且这层涂料也能自然分解，符合环保。长兴化工研究所实验室里正进行防水布料测试，涂抹上奈米技术的衣服布料，放在水龙头下冲水不但不湿，连水珠都不沾。 能摧毁癌细胞的奈米炸弹 奈米生技的发展，则是另一项市场新机会。奈米微小的特性创造出奈米医用机器人，分子大小的奈米装置，可以通畅无阻地进出人体去进行检测、治疗、给药。 美国密西根大学研发可摧毁病毒和癌细胞的奈米炸弹，尺寸仅20奈米，可以在人体内辨识病毒、癌细胞然後准确摧毁，也可以改变成攻击大肠杆菌。德国法兰克福化疗中心在研究爱滋病治方，将装有遗传蛋白的奈米级胶囊，故意让免疫系统吞噬，遇到潜藏於免疫系统的爱滋病毒时，会打开胶囊封锁病毒基因蛋白而控制病毒。国内的工研院也研发出指甲大小的发烧晶片，能找出发烧原因，利用奈米微小量检测技术，凭着一滴血滴在晶片上，可以检测出25种导致发烧的病毒。 工研院是推动传统产业奈米技术升级的重要机构，国家奈米元件实验室则专对高科技半导体产业，他们扮演的角色是望远镜也是桥梁。技术研发，有专业研究员与完整设备可以进行前端研究，产业合作则提供成熟技术转移与合作开发产品技术。「技术不会是问题，」与国内产业互动紧密的工研院化工所所长郑武顺说。 技术不是问题，那麽问题是什麽？国家奈米元件实验室主任施敏认为台湾走向奈米，人才是关键。奈米国家型科技计画另一位主持人吴茂昆院士也指出奈米需要上层的创造人才，这也是他最忧心的事。 郑武顺认为发展奈米的人才需要积极地培训，工研院与产业合作研发可以培训部份产业人才。国家奈米元件实验室也为半导体人才提供学术研究、产业训练的机会，每年有170位硕博士接受训练毕业。奈米国家型计划把人才培育列为主要项目，希望透过教育体制来长期鼓励、培育创造性人才。 产业是真正去宝山开矿的人。台积电、联电为了保持在全球半导体的领先地位，发展奈米制程技术是最佳策略，既能够持续高阶技术的领先，又能抢占未来转向手机通讯的晶片市场。所以台积电宣布年底前可以导入90奈米制程，联电也宣布它的90奈米制程规划。 让传统产业一夕翻转 至於传统产业，奈米技术的「加持」能有返老还童之功。高雄的长兴化工从传统化工转型，这几年投入研发高科技产业使用的奈米级化学研磨液成功，奈米微粒有不沉积少刮伤的效果，受到国内外大厂瞩目。负责产品研发的长兴研究所位於高雄路竹，无尘室里有几个像太空人的研究员在忙，另间实验室在做涂料测试，架上满满各种颜色、大小不一的瓶子，墙边陈列数十种木板，长兴研究所所长黄舜仁笑着介绍说，他们都忙着新研究。很难想像这是已经38年，原本生产树脂起家的老公司。 国内卫浴龙头和成欣业（HCG）采取则是提昇的策略，「你看，奈米处理过的这半边画不上去」，和成欣业研发人员陈世杰拿铅笔在一片瓷板画着，一边解说。卫浴设备加上奈米级釉药有防污抗菌功效，这是和成推出的新系列产品，看完现场实验，外表普通的奈米马桶还真的比较抗污。奈米技术并没有创造一个飞天马桶，但确实让产品的功能提升，创造出附加价值。 等待消费者和市场的青睐 传统产业的制造强但研发能力较贫乏，杨日昌认为，台湾制造导向要转为创新导向，引入奈米技术会创造很多新的特性，不只做成本竞争。这样的想法落实在莺歌的百康陶瓷。原本只负责陶瓷原料生产的典型传统产业，与工研院技术合作後能生产奈米级黏土，百康成功开发5种不同功能应用的奈米黏土。 但是百康的董事长黄森贵也说出了他的忧虑，上游企业投入很多研发经费，等成果出来要烦恼中下游产业没有办法接上，市场得靠自己开发。 HCG的研究开发处协理吴岳龙则表示，奈米技术的防污抗菌卫浴设备要推广，等消费者会接受较高价位的东西。市场之外，研发经费也会是中小企业的顾虑。 经济部最近宣布资讯电子、金属机电、民生化工产业，投入奈米技术研发，可以5年免税或股东投资抵减租税，属於新兴产业奖励的范围，对有意投入奈米研发的公司带来一线曙光。百康参与工研院的奈米技术研发，部份的研发经费也由经济部科专补助负担。 台湾以前种稻米，现在改种奈米。奈米可不能正月播种，6月收割，但等到它丰硕收获时，有机会填满整个台湾榖仓。「奈米技术能发展成功，台湾制造业就能上去，失败，大概就完了，」杨日昌说。 奈米的全球世纪大赌局，台湾手上筹码虽然不多，但进场的时机不错。能不能一把全红翻身，现在还很难说。起码，先小赢个几手，台湾产业正积极在做。 施敏奈米元件实验室主任──推动奈米摇篮的手 7月5日国家奈米元件实验室（NDL）新建工程动土典礼上，国家奈米元件实验室主任施敏手持着铲子开掘基土，这一幕让在场的科技公司董事长、教授、研究员都很感动。施敏，国际学术地位崇高，投入推动台湾半导体多年，半导体界里被尊为教父的人物。 1967年他发明Flash（非挥发性记忆体），後来成为手机、数位相机发展的关键技术。1969年他以英文写的「半导体元件之物理」在国际间广受推崇，彷如半导体圣经。光芒赫赫，却在施敏温厚朴直的外表上不着痕迹，不是半导体界的人，很少知道有这麽一位推手。 「他原本要退休了，但是我们还很需要他，所以又留了下来，」国家奈米元件实验室副主任林鸿志谈着他的老板。60多岁的施敏说起奈米仍精神奕奕，他强调台湾资源虽然有限，但人才却是最大资产，包括半导体、材料、生化各方面都应该运用奈米技术保持台湾优势领先。施敏当年从美国回来，因为看好台湾发展半导体的前景。现在台湾已是半导体大国，施敏再次看好奈米技术，相信台湾的半导体也能在奈米时代保持领先。 施敏带领的国家奈米元件实验室扮演着人才培训、提供学术研究环境、产业技术合作以及进行前端性研究的角色，目的希望国内微电子科技仍持续发展，奈米技术、奈米元件能走得更快更好。「到2030年，全球电子工业年销可达10兆美元，这里面微电子科技会是最重要基础，」施敏强调未来发展趋势，在他厚重的黑框眼镜下洋溢着希望。 国家奈米元件实验室在半导体奈米元件研发的脚步快了产业界3至5年。大量培训人才，每年约170位硕博士在这里受训毕业，另提供500个名额可使用设备平台，实际进行晶圆制程。半导体制程要从微米走向奈米级，施敏最关心最强调的仍是人才和技术。 1960年代，半导体刚萌芽，施敏从美国贝尔实验室回国客座讲学，位台湾洒下微米技术种子，他教出的学生许多成为台湾半导体的中流砥柱。30年後，微米缩小为千分之一的奈米，半导体再次归零重新开始，施敏再次扮演园丁，散播希望的种子。（采访‧撰文＝陈延昇） 黄森贵百康陶瓷董事长──一堂1亿6000万的奈米课 搞奈米不见得都要博士，黄森贵初中毕业，聊起奈米黏土连工研院专家都佩服。 1980年代的莺歌陶瓷土业景气不错，当年黄森贵的百康陶瓷供应日常用品的陶瓷器原料为大宗，每年有近亿营收。过了十多年，市场慢慢萎缩，大陆便宜的陶瓷原料甚至成品大举进攻，打得莺歌陶瓷原料产业日渐西山，这个时刻，多数厂家只有两条路可选，去大陆设厂投资或是产业转型提升。黄森贵选择後者，一条多数同业不选的路。 97年初，黄森贵和工研院化工所开始接触，参加奈米级复合材料开发的科专计画，99年底可量产高纯度奈米级黏土，至今已经研发出5种奈米级黏土，依保暖、抗菌、保气密、强化、耐热等不同特性可用於各种产业应用。技术上的成果是很丰硕。 将近3年研发过程，缴给工研院合作研发经费还不算，光是百康本身建置实验室、生产设备、训练实验研发人员等等，花了1亿6千多万元。砸下钱也花了时间，黄森贵从传统中小企业老板变成熟稔奈米科技的准专家，他俐落地解说着国外实验室寄来的百康奈米级黏土分析报告，说明奈米黏土保温、抗菌等特性的实验指数证据，黄森贵的努力可以看见。 奈米黏土可以进行量产，但是下游应用的市场还要培养。黄森贵觉得要让更多人知道奈米黏土的好处，他也分送样本到各相关大专院校、研究单位，「学校有打电话来要，我们就送给他们研究，从南到北的大学几乎都送过了，」他说这麽做只希望帮助台湾在奈米原料的应用研究，至於样品成本花费也就暂且不管，因为只要百康不做了，台湾奈米黏土的原料就没了。最近的付出开始有了收获，学术研究与市场开发渐渐都有了回音。传统产业的奈米应用其实技术水平不高，多半可以从原有基础往上提昇。当奈米技术潮流已然来临，多数人觉得还离我很远时，台湾也已经有很多人 踏进去，虽然辛苦，但是这场未来竞赛，他们跑在前面。（采访‧撰文＝陈延昇） --

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