從半導體到民生消耗品奈米科技無處不在 - IEK產業情報網

奈米科技經常以打破各個領域界限的應用方式存在，由於物質在奈米尺寸下，會呈現跟一般狀態下完全不同的物理、化學或生物特性，所以將「奈米科技」定義為：在奈米尺度下， ... ^top 2018IEKTopics｜從半導體到民生消耗品奈米科技無處不在 劉致中、張怡雯 點擊數： 17319次 ｜：132次 ｜分享至： 奈米科技視為發展新型科技的基礎配備 「奈米」是研究在一個維度或多個維度尺寸在1-100奈米的範圍內之材料、結構與性質的科學，其包含了「量測」、「模擬」、「操控」、「精密安裝」和「製造」小於100奈米尺寸的物質。

奈米科技經常以打破各個領域界限的應用方式存在，由於物質在奈米尺寸下，會呈現跟一般狀態下完全不同的物理、化學或生物特性，所以將「奈米科技」定義為：在奈米尺度下，製造出呈現新機能或新穎物性的微小物質，並且以這個物質為基礎，設計、製作成新的元件、器具或系統的技術，就稱為「奈米科技」。

「奈米科技」的應用領域極為廣泛，從半導體與積體電路到塗料與馬桶都有奈米技術應用的案例，因此奈米科技不像生物科技等其他科技，可以清楚地界定出明確的應用領域。

從技術開發到產業應用奈米科技早已成為國際市場主流自1970年代開始，歐、美、日等先進科技研究國家即有科學家投入奈米科技的研究，但奈米科技的快速發展，則是在1990年末。

1991年開始美國政府宣告整合產業、政府以及學術研究單位，全力投入奈米科技的研究發展；2000年克林頓總統成立「美國國家奈米技術計畫」，陸續投入國家預算支持。

德國在1998年成立奈米科技開發中心（NanotechnologyCompetenceCenter），專責奈米技術開發；日本則在1991年即開始投入奈米技術研究，南韓於2001年也開始投入於奈米領域的技術研發、設施建構與人才培育。

2010年後各國投入奈米科技的發展方式開始有所轉變與調整，從早期以「奈米專案計畫」的型態來進行奈米技術的開發，逐漸轉變成在各個應用領域（如；國防、醫藥、航太等領域）下，依據奈米技術影響該領域內未來技術發展的重要性進行投資，使得奈米技術的發展越來越專業化與細緻化。

  五大指標產業彰顯奈米科技技術重要性 全球的奈米技術發展重心，從1990年代的電子電路範疇逐步向環境、能源、醫學、生技等產業跨入，底下將就這些相關技術進行介紹： 一、環境產業 由於工業過程或人類活動所產生的各種污染物造成嚴重的環境污染，且威脅到地球上物種的生存，需要有效的淨化方案來解決，這些解決的近期研究包括：捷克Palacký大學與Asio公司合作，開發高氧化態鐵化合物的水淨化技術；中國武漢建築材料國家重點實驗室、武漢理工大學、中國建築材料科學研究院、中國武漢混凝土科學與技術聯合實驗室所共同開發的用於淨化空氣的奈米二氧化鈦混凝土；SeldonWater公司開發用於純化水的奈米碳管網。

Pardam公司開發NnFMBRANE®高分子和NnFCERAM®陶瓷奈米纖維材料，利用離心紡絲製得純化水的奈米纖維薄膜；NANOIRON公司開發之處理汙染地下水的奈米鐵粒子；美國加州大學用於偵測空汙的奈米感測器；德國CNMTechnologies公司用於水或溶劑過濾的碳奈米薄膜；英國Cranfield大學的衛浴汙水處理奈米膜等。

二、能源產業 能源產業的奈米技術發展主要聚焦於能源儲存，近期的研究包括：美國洛克希德·馬丁公司開發用於高性能鋰離子電池的奈米矽基陽極；捷克HE3DA公司發展之電動車用3D電極；美國GrapheneEnergyStorageDevices公司開發之石墨烯超級電容；波蘭科學院發展之生物電池用的氧化鋅電極；美國AppliedNanotech公司檢測氫氣的金屬奈米粒子感測器；西班牙GrabatEnergy公司的石墨烯高分子電池。

三、生技醫療 生技醫療領域在診斷和治療領域的奈米技術發展迅速，近期的研究包括：美國NanospectraBiosciences公司使用奈米金和雷射來加熱治療癌症腫瘤；nanoSPACE公司的抗菌和抗過敏紡織品；PeptiGelDesign公司用於細胞培養的奈米胜肽凝膠；PromimicAB公司應用於植體和人工骨骼的Hydroxyapatite奈米塗層；丹麥的NielsBohr機構利用雷射加熱奈米粒子的癌症治療方式。

生醫診斷領域則朝向檢測、識別和量化可早期檢測發現疾病的人體體液中的奈米識別成分，近期的研究包括瑞典的EcolePolytechniqueFederaldeLausanne（EPFL）實驗室開發的偵測人體汗液中毒素的感測器。

四、電子半導體 電子半導體是奈米技術最早聚焦發展的產業，在半導體材料上不斷微小奈米化電路的線寬，是全球著名半導體廠商均持續努力的方向，此方面的奈米技術在許多資料中均有專門的調查與論述，本文不再敘述，而將重點放置於半導體應用以外的其它電子應用發展，包括：美國OmegaOptics公司的矽奈米薄膜，用於製造半導體上的光學元件；英國Manchester大學用於光學影像上的的石墨烯Terahertz雷射；美國Brookhaven國家實驗室發展之自組裝奈米粒子，用於微電子元件和微晶片、無線設備與可穿戴設備。

紡織產業的奈米技術包括：德國DuisburgEssen大學的奈米環境友善紡織製程技術；比利時Nanex公司的高分子噴塗防汙奈米技術；德國NanoCareDeutschland公司的二氧化矽紡織品防水塗佈技術；澳洲Wollongong大學的紡織品石墨烯氧化物儲能技術。

綜合以上五項產業或領域的技術開發與應用，可以發現「感測器」、「薄膜」、「電子元件」與「紡織品」是主要的應用產品。

  奈米科技將成為解決能源議題最重要的前瞻技術之一 一、應用於水、能源和環境的奈米技術進入量產化 奈米技術未來的巨大挑戰是如何生產使其價格合理的奈米材料，這些獨特的奈米材料通常因為製造過程緩慢或複雜而相當昂貴，如何將在實驗室或原型階段具有出色功能與性能的奈米技術量產化，是未來奈米技術應用普及化的最大挑戰。

二、奈米碳材商業化後的應用快速擴張 未來數年，奈米碳材的製造技術將取得重大進展，特別是在控制純度和結構方面，以及由於量產化達到規模經濟而成本降低，奈米碳管的量產將使機械工程師將此種材料更常利用於汽車、航太和體育用品之領域，快速的擴大其應用的數量。

三、綠能領域的奈米技術聚焦持續改善能源轉換效率 奈米材料和奈米結構表面越來越多地應用於許多先進的能源存儲和轉換中，奈米材料有助於生產和使用更節能的產品，經由奈米反應技術縮減與控制固-固反應的熱力學，可以大幅改善電池、超級電容器和氫氣存儲材料的儲能性能，未來奈米技術將持續改善這些領域中光轉電、電轉化學能與能量儲存的效率。

  亞洲新興市場視為重要技術成熟市場奈米科技應用已接近量化 一、日本 日本在第三期科技基本計畫中（2006-2010年）開始朝向促進奈米科技與社會接受程度的方向發展，並由政府機構執行NanoEHS（奈米環境健康安全）與NanoELSI（奈米倫理法律社會影響）計畫。

二、韓國 韓國未來創造科學部與通商資源部等10個部會共同研擬出「第四期奈米技術綜合發展計畫」，希望在2016-2025年間藉由對未來重要趨勢技術的早期投資，取得全球奈米技術的先進者優勢，讓韓國能成為在奈米領域持續創新、成長的領先國家。

同時依據工研院產科國際所對各項技術重要度的調查研究，「奈米材料」在亞洲地區名列前十大的技術項目。

在奈米材料的影響性上，各國的專家均非常一致的認為產業與經濟發展是奈米材料發展的最主要動力；而社會與環保面向的驅動力專家則是認為為產業與經濟發展因素後，較為重要的兩種因素，這樣的結果某種程度上與現在奈米技術發展應用領域相吻合，在與社會或環保面向相關的環境、能源領域亦是奈米技術未來重要的應用領域。

至於各區域專家對奈米材料重要性的看法在成熟市場（台、中、日、韓、新）與新興市場（雙印、泰、馬、菲）呈現極為不同的結果，新興市場認為奈米材料的重要性遠高於成熟市場，主要的原因應是成熟市場均為早期（2000年）即開始發展奈米相關材料與技術，奈米應用已相當接近量產化，因此專家認為現階段最重要是「量產」與「降低成本」，若無法完成，則未來在無法實現的狀態下，重要性自然降低。

  IEKView 奈米技術在人類目前面臨的能源、資源與環境問題上很可能是通往解答的重要鑰匙，尤其在環境問題中用於偵測的「感測器」；解決汙染水所應用的分離「薄膜」；能源轉換問題中應用的「奈米材料」等奈米產品，未來均極有可能改變現有的產業樣貌與型態。

台灣在投入執行了十二年的奈米國家型計畫後，已具備重要的基礎技術，在未來能源、水資源與運輸領域奈米技術將產生重大影響的情況下，政府應重視相關技術的持續投資，建立台灣重要能資源產業未來技術發展的自主性。