線條

1 米 = 10 億奈米

一奈米(nm)為十億分之一公尺,地球的十億分之一,只有一顆彈珠那麼大;
僅只一顆彈珠,就可以放進奈米小球超過 1000 萬顆。
若為一顆半徑 35nm 的球形金奈米粒子,平均就包含約 1000 萬顆的金原子。

奈米知識 奈米知識 ≥10,000,000 顆奈米小球

奈米知識
0D(零維)
長成一粒的樣子,
像是奈分子團、量子點⋯等
奈米知識
1D(一維)
一長條狀的樣子,
譬如奈米絲、奈米碳管⋯等
奈米知識
2D(二維)
看起來像是一片薄板,
例如奈米薄膜、超晶格⋯等

奈米材料
一粒、一條、或一片

傳統材料的大小無論長、寬、高都在 1000 奈米以上,奈米材料專指奈米大小的微小材料,表示其材料尺寸的長、寬、或高至少有一個在奈米等級( 1~100 nm 之間)。

Conventional materials, regardless of size, exceed 1000 nm in width and height, while nano-materials consist of tiny materials that exist on the nanometer scale.

零維、一維、二維

如果長寬高都沒有任何超過奈米等級,稱為「零維」奈米材料。
如果有其中一邊大於奈米等級,為「一維」奈米材料。
如果有兩邊超過奈米級,則為「二維」材料。

但如果三邊都超過呢?
叫「三維」奈米材料⋯⋯嗎?別傻了!如果沒有任何一邊在奈米級以內,那就不能稱之為奈米材料了。

0-dimensional, 1-dimensional and 2-dimensional: A material is said to be 0-dimensional if the length, width and height do not exceed the nanometer scale. A material is said to be 1-dimensional if one of the dimensions is exceeds the nanometer scale. A material is said to be 2-dimensional if two of the dimensions exceed the nanometer scale. What if all 3 dimensions exceed the nanometer scale? Do we call it “3D” nanomaterial? No. If none of the dimensions is nanoscale, the material cannot be described as a nanomaterial.

奈米知識 奈米知識
'14年 28nm 製程
64 位元微處理器,
主頻達 1.3GHz,
及 1GB 的快取。

微處理器,處理大小事
Microprocessors can handle objects of all sizes

微處理器廣泛應用在各式 3C產品中,例如:微波爐、電視、冰箱、個人電腦⋯⋯等等,就連智慧型手機現在的功能,都已經可以媲美甚至超越一台筆記型電腦。這一切強大的運算能力,都要歸功於組成微處理器的基本元件,電晶體。微小的電晶體透過我們所寫的程式,可以幫助科技產品作運算思考,譬如微波爐只需要你按一下,剩下的都交由電晶體幫你算。而功能更無比強大的電腦,也是透過電晶體排列而成的中央處理器(CPU)、以及繪圖晶片(GPU)⋯⋯等,來執行你正在使用的程式。
Processors are widely used in all types of 3C products, such as microwave ovens, TVs, refrigerators, PCs, etc. The functionality of a smartphone is comparable to or may even exceed that of a notebook. All of these powerful computing capabilities are attributed to the basic device that makes up a microprocessor: the transistor. These tiny transistors help technological products think and calculate using the programs we write. For example, you only need to turn on a microwave, and the rest of the work is handed over to transistors, which will perform calculations for you. Additionally, the extremely powerful computer relies on a central processing unit (CPU), which is composed of arrays of transistors, and a graphics processing unit (GPU) to execute the program you wish to use.

2013 年,使用 22 奈米製程電晶體的 CPU 已廣泛應用於全世界。因此,電腦的尺寸才能從一整間教室大縮小至現今的模樣;而智慧型手機也才如此地輕薄、且無比流暢。
In 2013, 22-nm CPUs were mass-produced, entered the market and were used in computers worldwide.

世紀更迭,思維不妥協

There is plenty of room at the bottom. - Richard Feynman (1918 - 1988)

1965 年諾貝爾物理獎得主,理察 · 費曼:「沒有什麼道理我們不能將整套大英百科全書寫在針頭上,或做出極小的馬達。」今天奈米科技蔚為風潮,原因就在大家體認到費曼的夢想不全然是天方夜譚。

1965 Nobel Laureate in Physics, Richard Feynman: "There is no reason why we cannot put the entire set of Britannica on the tip of a needle or make tiny motors." Nanotechnology is a growing trend today because we all realize that Feynman's dream is not entirely a fantasy.

奈米知識
奈米知識

壁虎飛簷走壁
全靠凡得瓦力

任何物體之間都具有凡得瓦力,是一種超級弱小的吸引力,小到你幾乎感受不到他的存在。

但壁虎藉由腳底數以百萬的奈米級剛毛,得以匯聚數以百萬微小的凡得瓦力,使得壁虎能夠緊貼著牆壁而不會掉下來。事實上這些剛毛的最大承載重極大,就算壁虎胖到 120 公斤也不會掉下來。

Van der Waals forces act between any two objects. These forces are very weak attractive forces that are too weak to be sensed. There are millions of nano-setae on the bottom of a gecko's foot that produce millions of tiny van der Waals forces and enable geckos to adhere to the wall. The maximum load of these setae is 120 kg, which is a strong force.

看的到你,看不見我

許多夜行性飛蛾眼睛的角膜表面具有重複性的細小突起,其大小及深度都比可見光的波長 (400nm – 700nm) 還要小,所以對於可見光而言,從空氣到蛾的眼睛裡可以視為是完全連續的界面,來自四面八方的光線幾乎完全穿透吸收、反光性極低。這種不會反光的眼睛使其在夜間飛行時可以避免被敵人發現,稱為蛾眼效應 (Moth Eye Effect)。

奈米知識
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▲ 一般材料

因為急劇的折射率變化,導致入射光除了折射進材料被吸收之外,還會產生反射光。

奈米知識
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▲ 蛾眼表面

由細小的微突形成的連續折射率變化,讓入射光線可以順利進入,而不產生反射光。

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亭亭淨植
出淤泥而不染

蓮花的表面具有許多細微突出的表皮細胞,其上附有直徑約 1nm 的蠟質結晶,因此當體積較大的水珠與汙染顆粒和葉子表面接觸時,會因為難附著而滾落,稱為蓮花效應 (Lotus Effect)。

除了蓮花、芋、甘藍等植物之外,其實昆蟲翅膀、或鯨魚、海豚的皮膚,也都有類似的奈米結構,使之具有自潔 (Self-cleaning) 的能力。

一點之差,無限之別

當材料縮小至奈米級之後,會產生兩個主要特徵:表面積增加、以及量子效應。

表面積增加乃是說當等體積的材料切科成無數份之後,其表面積對體積的比例會大增,就像肉切小塊後會比較快熟是相同道理。而量子效應則表示其物質所俱備的能量將因為材料的微縮而變得不連續,有別於我們所熟悉的巨觀環境。舉例來說,不同粒徑的硒化鎘 (CdSe) 奈米晶體在紫外光照色下,將會呈現彩虹般的鮮艷顏色。

想了解更多有趣的奈米小知識嗎?歡迎各位加入奈米學士班的行列,一起探索這美麗的奈米奇幻之旅。^^

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