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【微觀世界 #02】比沙子還小的科研奇蹟 奈米科技到底有多神?!
2025.01.19

生活中充斥著標榜「奈米級」的產品,從保養品到家電用品,琳瑯滿目,但「奈米」究竟是什麼?除了是一個極小的長度單位,它又蘊含著什麼樣的科學原理?奈米產品真的如其廣告宣傳一般神奇嗎?為了解答這些疑問,我們特別邀請到中原大學化學系葉瑞銘終身特聘教授,為我們從奈米科技的發展歷程談起,透過不同奈米級材料的應用,認識這個比沙子還小的尺度。

最早提出奈米概念的學者,是物理學大師理查德.費曼,半個多世紀前,他在一次物理學年會的演講中,率先提出了微觀世界的無限可能;然而,即便有大師的遠見卓識,奈米科技在當時並沒有受到廣泛關注。主因在於,奈米尺度過於微小,遠遠超出了人們的感官和當時科技的觀測極限,隨著科技的飛速發展,現今人們終於能夠觀測並操縱奈米尺度的物質,並且在過去的二三十年間,奈米科技蓬勃發展,在多個領域展現出巨大的應用潛力。

而當物質縮小至奈米尺度時,它們也會展現出有別於一般認知的特性,例如黃金,當其被分割至奈米尺度時,物理性質也會發生顯著變化,它的顏色將不再是我們熟悉的金色,而是會隨著奈米粒子的尺寸改變,而展現出不同的色彩。

至於日常生活中,常見的奈米材料應用有哪些呢?想必非碳酸飲料瓶莫屬了!過去,碳酸飲料——尤其是可樂——裡面的二氧化碳容易洩漏,以致保存期限較短,通常一年左右就會失去氣泡,變成普通的糖水,然而在二十多年前,可樂廠商開發出以「奈米黏土」為基礎的塗料,將其應用於汽水瓶內壁,有效阻隔了二氧化碳的滲透,並使碳酸飲料的保存期限大幅延長。

在自然界裡面,「壁虎」則意外成為奈米科技產品的繆思,科學家們發現,壁虎足部表面覆蓋著一層奈米級的細微纖毛,這些纖毛極大地增加壁虎與接觸面之間的面積,通過複雜的物理作用,壁虎也因此能克服地心引力的束縛,在垂直的牆面上攀爬自如。這一神奇的現象不僅激發了科學家們的好奇心,也為人類的科技發展提供了全新的思路,目前,仿生壁虎足的技術已成功實現商用,像是在電影《不可能的任務》裡,阿湯哥在攀爬杜拜哈里發塔時所佩戴的「壁虎手套」,便是受壁虎足部結構啟發所開發出來的奈米科技產品。

除了上述的應用外,奈米材料在許多看似不起眼的細節處也發揮著重要作用,像是傳統木造房屋或家具,常會採用化學藥劑進行防腐防蟲處理,但這些化學物質可能導致與之接觸的五金配件加速氧化生鏽,隨著奈米防蝕塗料的出現,大大解決此一現象,成功提升建築物的安全性與耐久性。

 

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