奈米材料之應用

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1、V.奈米材料之應用煤不太值錢，但有的「煤」很值錢，例如它化學鍵上的親戚、同為由碳元素組成的鑽石。現在，它另一個值錢的親威「奈米碳管」（carbonnanotube）出現了，每公克售價750美元，是黃金（每公克300元臺幣）的88倍，而且非常搶手。這都是因為新世紀的新顯學：奈米科技逐漸發(fā)展成形。根據美國《財星》雜誌報導，這種與「在火爐邊上刮一刮就可以取得」的煤灰相似的物質，「將會翻轉整個世界，」位於法國的奈米科技公司Nanoledge總經理沙利文胡邦（SylvainHoebanx）預言。美國去年宣佈將投資5億美元在國

2、家級的奈米科技計劃上；連經濟景氣不佳的日本，也大手筆投入2.25億美元進行相關研究，以免錯過這極具顛覆性的未來科技。新的特殊性能材料之需求，在對於材料之機械及功能性質之要求不斷地提高下，日愈殷切。奈米級材料由於其硬度、強度及物理化學性質上的特殊表現，在新材料的應用上頗受注目。奈米微粒之應用由物性來分大致，如表一所示。表二及表三依奈米材料之特性與用途及奈米相關材料之市場列表說明。表一：奈米微粒之應用[14]物性用途粒子的大小單磁區(qū)的程度磁性記錄固體內電子平均自由行程特殊導體比光波長小光、熱吸收，非線性光學微小粒子集合

3、形成微細孔分子篩微小粒徑增進材料機械性質數種微小粒子均勻混合研究、開發(fā)新材料以及超微粒複合材料原子級的表面結構化學觸媒表面積的大小比表面積大觸媒、熱交換材表面積大、熱容量小燃燒觸媒、感測器燒結溫度下降(融點下降)燒結促進材V-1表二：奈米材料之特性與用途性能分類特性與用途力學性能耐磨補強性、高強度、高硬度塗膜、陶瓷增韌性超塑性光學性能光學纖維、光反射折射、吸收光波隱形、發(fā)光材料化學物理特性研磨拋光、助燃劑、阻燃劑、油墨、潤滑劑磁性磁流體、磁記錄、永磁材料、磁儲存、智慧型藥物電學特性導電材料、電極、壓敏電阻、靜電遮蔽

4、、超導體化學催化化學反應催化熱學性能耐熱材料、倒熱材料、低溫燒結材料、感測性能偵測濕度、溫度、氣體等感應材料、能源技術電池材料、鋰電池、燃料電池儲氫材料環(huán)保技術空氣清靜消除、污水處理、廢棄物處理生技醫(yī)學細胞分離染色、消毒殺菌、藥物載體、醫(yī)療診斷資料來源：奈米時代-實現與夢想，中國輕工業(yè)出版社。表三：奈米相關材料之市場單位：億日圓素材2000年2010年2020年素材2000年2010年2020年碳族、奈米碳管917832887智慧型材料1087360011325至動裝置材料52518755250高姓能觸媒16847

5、05014625光觸媒506734014145吸氫合金245498010187超導材料127435205053550超強纖維113828262826高銳刺纖維(highburrfiber)42111102010形狀記憶纖維300750750形狀記憶合金177177402塗料及接著劑118311000717721超工程塑膠1,02024603360工程陶瓷19611416014700玻纖強化塑膠70791097112257輕量耐熱合金12511101827600資料來源：日本新聞社調查。2目這些國際研究趨勢可以顯示奈

6、米材料在未來材料發(fā)展上之重要性。以下僅就目前國際商業(yè)化技術發(fā)展及應用實例分別說明，以提供參考。一、應用研究方向奈米科技之應用研究發(fā)展，涵蓋之範圍與領域相當廣泛，如圖二所示[6]，可以歸納出幾個大方向，分述如下：1.材料與製作奈米技術改變我們未來製作材料與裝置的方法。挑戰(zhàn)包括合成設計之材料，發(fā)展生物和生物活化材料以及發(fā)展低成本之量產技術，同時瞭解導致奈米材料功能失靈之起始原因。其應用方面包括(a)在不用機械加工的方式下，製作實際形狀之金屬、陶磁、及高分子奈米結構材料。(b)利用具有最佳染料及顏料特性之奈米粒子以改善印

7、刷。(c)利用奈米接合及電鍍之碳化物以及奈米塗層以作為切割之工具，做為電子、化學及結構等之應用。(d)奈米尺寸量測之標準。(e)在單晶上進行高層次多功能之奈米加工。2.奈米電子及電腦技術新巨磁阻(GiantMagnetoResistance,GMR)現象發(fā)現之未來十年內，奈米技術將完全取代舊有的電腦磁記錄磁頭技術，如圖三所示為一IBM製造之GMR磁頭，其中Cu、NiFe及Co等薄膜層的厚度，皆須控制在原子大小的精確度範圍。其他有潛力的突破包括︰(a)奈米結構的微處理元件，如單電子電晶體之發(fā)展，將持續(xù)低能量使用與低成

8、本的發(fā)展趨勢，因此將提高電腦之效率達百萬倍。(b)高傳輸頻率及高效用之光譜的通訊系統(tǒng)將增加提供至少十倍以上之頻寬，以應用於商業(yè)、教育、休閒及國防。(c)1000Gigabytes容量的小而輕的儲存元件，其功能將超過目前達千倍。(d)積體奈米感測系統(tǒng)具輕、薄、短、小之特性並有收集、處理及通訊大量資訊的功能。3.醫(yī)藥與健康生物系統(tǒng)是由奈米大小之分子行為所控制，而