最新熱門關鍵字:  管理    創意  成功  
單期簡介
點「米」成金
在10的負9次方公尺之間發現明日商機
奈米科技就是運用原子層級的物質,創造更好的材料、儀器和系統。在今後可見的數年內,奈米科技將帶來大量新材料,直接衝擊許多產業,例如製造、保健、能源、農業、通訊、交通運輸和電子等產業。
2003-10-09 /  4898  0
收藏本期
 網路版長訂優惠


從壁虎到奈米科技運用

簡介

蘇宗粲
工業技術研究院院本部企畫處處長兼奈米科技研發中心副主任。

「你會因為喜歡奈米科技,而指定選購某一件商品嗎?」

「不可能因為不懂奈米科技,就放棄某一件喜歡的商品吧?!」

「討厭奈米科技?對不起,那可能以後什麼商品都買不到,因為,奈米科技是無所不在的!」

奈米科技並非神乎奇技,但絕對是股趨勢新潮流

奈米是尺寸的單位,代表一種極其細微的刻度,以科學的算法是10億分之1米。在實驗室裡把「1奈米」和「1米」(1公尺)之間的關係,可比擬為「一顆玻璃彈珠」和「一個地球」,如此具體描述可以幫助普羅大眾了解1奈米的尺寸大小。自1980年代起,由於在科學量測技術的進步,例如電子掃瞄穿隧顯微鏡(STM)、原子力顯微鏡(AFM)及近場光學顯微鏡(NFM)等分析儀器的發明,方便科學家以「奈米尺度」分析及操控原子、分子所需的「眼睛」與「手指」,使得實驗與理論能相互驗證,奈米「介觀(Meso世界)」的特殊現象漸為人類所了解。這是奈米科技的普及化過程。其實奈米科技既不是高深莫測的科技技術,也不該被曲解為殺菌神丹。惟不久的將來,奈米科技會是無所不在,每個人都必須正視這項趨勢。

SARS和壁虎的故事

雖然我不同意奈米科技被扭曲成具有殺菌的功能,但是不得不感謝今年春天流行的嚴重急性呼吸道症候群(SARS),使得「奈米」口罩聲名大噪。當我向中部科學種子教師營、保一總隊等社會菁英演講時,席間約五、六百位聽眾都表示「聽過」奈米科技,主要就是來自於奈米口罩。

辜且不論奈米口罩的真正成效,廠商在奈米尺度下操控原子、分子,並活用奈米尺度下表現出的特殊物性,延伸出奈米科技的商品化新貌。經過科學家與市場需求的持續交流,奈米尺度的新特性已在下列領域突顯出來:

◎作用力

◎量子限域效應

◎尺寸效應

◎表面/界面效應

◎生物磁性

◎透明性

壁虎爬牆是奈米尺度在作用力方面的有趣個案。壁虎是家中最常見的小爬蟲,在天花板、牆壁間爬上爬下,看到昆蟲就快速爬行,用長長的舌頭把蟲子捲進口中,大飽口福。以前的觀念中,都以為壁虎腳上有吸盤,所以才不會在爬行時掉下來。事實上,當科學家翻開壁虎腳底時,並沒發現吸盤,而是肉眼看不出的一根根細毛,用顯微鏡估算,壁虎腳底有650萬根細毛(tiny hairs),每根細毛分成數百根更細的毛,稱為tips,直徑~200nm。史丹佛大學以特殊顯微量器microscopic force sensor測量,壁虎腳底的每根細毛可支撐20mg的重量,100萬根便可舉起20公斤,每根細毛利用分子間彼此吸引的「凡得瓦爾力」與各種物體表面黏著,每平方吋可支撐200磅的重量。而「凡得瓦爾力」正是奈米尺度下形成的作用力之一。在此理論下,壁虎與天花板、牆壁間有很好的黏性,所以壁虎的腳能輕易黏上天花板,並支撐自己身體的重量。當要移動時,只需以30度角的方式拔起或撕起,就可以輕鬆做到。

運用壁虎足底奈米尺度的黏性觀念,聰明的英美商人將之商品化為創新膠帶,讓消費者能使用到黏性好、卻沒有用久失效的困擾。所以我在對科學種子教師演講時,會繼續講述壁虎膠帶的故事,促請老師多讓學生以科學理論為基礎,導入靈活創新點子,想出更多讓奈米科技形成商機的可行性創意。

從隱藏機密到有形商機

由於80年代觀測儀器的進步,讓大家對奈米科技有更明確的認識。事實上,早在80年代前,奈米科技早已存在人們生活中,只是受限於某些因素、儀器,所以並未被突顯出來。

以下為中國大陸發現的個案。從美國進口的某品牌碳黑材料,對輪胎的補強性是其他品牌無法比擬的,因此該項產品價格就算比較貴,還能領導市場。直到近幾年,有能力購買先進顯微儀器的大陸科學研發人士,在實驗室分析該產品成份時,發現其中就含有奈米級粉末,所以才能有如此優良的效能。多半基於商業機密的關係,美國之前不願透露製程及材料成份,所以才能掌握最大的商業優勢。之後由於全球研發技術升級,奈米科技不再為少數人把持,多領域的參與和解釋,衍生出廣泛應用,正是奈米科技走進日常生活的途徑。

在台灣則有業者以奈米級粉末作為塗料,運用於機車的外殼烤漆,不會輕易刮傷,這樣的產品,廠商也是號稱為「奈米機車」,名稱聽起來就很前瞻;另一項奈米級塗料個案,則是運用在家用塗料含鉛量偵測器上。過去礙於技術,幾乎沒有「簡易、可靠」的測試方法,用X光測試設備太貴,又得有專業人員操作。由於今年奈米測量儀(DNAzyme-nanoparticle Sensor)問世,情況將有所改變,過去的問題都可迎刃而解,更為相關試劑產品帶來更大商機。反觀現在業者根本不須隱藏技術,還特別強調奈米科技,好提升產品的附加價值。

再者,由量子限域效應引發的商機,為化粧品和試劑兩大市場,帶來無限寬廣的新局面。澳洲廠商Advanced Powder Technologies(APT)和日本業者Showa Denko K.K.(SDK),今年推出的抗紫外線化粧品,就同時運用Maxlight FTS和Maxlight ZS,以不同能階和奈米粉末含量,發揮阻擋紫外線中的UV-B、UV-A等強大功能,預估4年內的市場銷售量,每年可達日幣10億元。目前日本有38種防曬化粧品商品使用奈米級材料,澳洲的單一抗紫外線化粧品有六成的市占率,美國僅有8種奈米級防曬品。不過在科技追逐定論下,美國未來發展將十分可觀。奈米級試劑產品,則是醫療機構非常期待的新方法,因為可在數分鐘內診斷出感染性疾病,今年8月間由美國瑞斯大學(RICE UNIV.)生醫工程系研發成功後,許多國家都希望能把這項技術導入急診室,讓醫生能夠掌握救治病人的關鍵黃金期。

了解奈米科技的操控技術,才是商機所在。

透過上述膠帶、化粧品、試劑等案例,大家應該可以體認,奈米科技是種商品應用的過程,奈米科技可以用來提升產品的附加價值,並藉由創新構想研發出更多的新商品,食、衣、住、行、育、樂,各個領域都可以導入奈米技術。只是,我要再次重申,對於奈米科技不應有扭曲概念,並強調,「一般客戶不是買奈米科技,而是買商品。」要是商品不夠創新、不具有附加價值,即使取了個奈米名稱,結果也只不過是噱頭而已。

善用奈米科技,商品化才有可能成形。所謂的「善用」,重點在於「操控」,在奈米尺度下適當地操控原子、分子,並活用奈米尺度下表現出的特殊物性、化性和生物特質,開發創新材料、製程、元件和系統產品的科技。這就是奈米科技商品化的作法,也是商機尋求的過程。

奈米商品化話說來簡單,但並不是一蹴可幾的。若是操控技術不佳,製造出的奈米級商品會淪於品質不良,唯有憑藉堅強的基礎技術和整合應用,才有可能克服障礙。台灣目前的國家級研發機構在奈米科技領域,正建置基礎科技平台、整合包括電子、機械、材料、化工、生技、光電等各項跨領域技術。平行發展基礎研究與應用研究,涵蓋產業互動的經驗,以期早日完成新興科技產業化的目標。

中央研究院院長李遠哲認為,21世紀全球將面臨能源危機,奈米科技正是新世紀能源的新方向,到2010年時,奈米相關產品可望出現1兆美元的市場規模,美、日、德等國政府單位,都相繼投入可觀的人力與經費。台灣從今年開始,投入215億元的奈米科技國家型計畫,配合台灣的優越製造能力,將在短時間內開發商機。李院長的這項談話,清楚描繪奈米科技未來商機的輪廓,台灣在技術應用及領域合作的深耕,是奈米科技發展的必然途徑。

台灣廠商的國際級奈米技術

抱持挑戰國際級技術的雄心,台灣各界對奈米科技發展興致高揚,在公部門方面,工業技術研究院工業材料研究所在經濟部科技專案計畫支持下,完成奈米級的遠紅外線放射與負離子機能性粉體的技術開發,並已移轉給國內廠商,製作包括面膜、貼布、內衣、襪子、眼罩、口罩等各種民生用機能性紡織品,為目前落實研發技術與生活應用具代表範例,這種合作關係正逐步加快擴展至各種產業。根據最新統計,投入奈米科技領域的產業,有半導體、印刷電路板、生技、紡織、奈米材料、建材/家電、平面顯示器/電腦、光電、能源、設備,以及運動器材等。為協助本土企業快速與國際奈米科技潮流接軌,工研院亦著手建置台灣首座奈米商情資料庫,預估3年後,將完成總計3萬筆以上國際奈米研發及產品開發資訊,為產業轉進奈米領導技術把關。

受惠於我國製造業位居國際供應鏈的強勢地位,國際級的奈米科技相關設備及產品,亦有進口廠商代理,從奈米材料、奈米設備分析儀器/軟體,甚至奈米科技服務業,像是應用技術諮詢、分析檢測服務,都陸續在市場中形成。這正應驗一句常理:「有市場、有客戶,就會有廠商製造生產。」奈米科技的需求情況,只會愈來愈密集、愈頻繁,借用工研院產業學院奈料科技企家班的如下宗旨,希望提供業者一個無限寬廣的奈米世界:

◎企業要掌握未來奈米產品發展的全球趨勢;

◎企業要有機會與世界級奈米科技同步學習;

◎企業要提升奈米技術,增進產品的附加價值;

◎從傳統產業轉型到優質產業,創造奈米新紀元。

奈米國家型科技計畫

行政院專案工作小組於2002年9月成立【奈米國家型科技計畫】辦公室,2003年1月開始推動奈米國家型科技計畫,冀盼藉由計畫辦公室整合產學研力量,建立我國發展學術卓越和相關應用產業所需要之奈米平台技術,同時加速培育奈米科技所需人才,奠定我國奈米科技厚實之基礎:

◎達到「學術卓越研究」和「奈米科技產業化」為兩大目標,建置核心設施和分享機制,並加強人才培育和養成,以奠定厚實基礎。

◎以卓越之學術研究基礎,引導不斷創新之產業化計畫;以推動具世界級階段目標之具體項目,帶動我國學術研究的積極投入與不斷升級。

其關聯如下圖:


資料來源網站:http://nano-taiwan.sinica.edu.tw/

奈米科技中文參考網站

奈米辭典:http://www.ntrc.itri.org.tw/reIation/dictionary.html

奈米科技研發中心:http://www.ntrc.itri.org.tw/

奈米國家型科技計畫:http://nano-taiwan.sinica.edu.tw/