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奈米中的大千世界

98/10/13 17350

范賢娟｜臺灣師範大學科學教育研究所

市面上有各式各樣的奈米產品宣告著種種令人歎為觀止的功能，奈米幾乎等於尖端科技的代名詞。其實奈米只是一個尺度單位，相當於十億分之一公尺，奈米科技代表的是在微小尺度上的操控與研究。

尺度縮小有甚麼特別嗎？最簡單來看，表面積會隨之增大，因此可以反應的接觸面積增加，就可提升反應的效能。而這種尺度的特殊排列，也會對光的傳導或反射等各種物理現象產生作用，因此也可以有很多獨特的應用。奈米世界還有許多神奇之處，等著科學家去研究發現。

奈米研究相當多元，本文從臺灣大學凝態中心的林麗瓊教授的先進材料實驗室，來看幾項最新的科學發展。

先進材料實驗室的研究焦點，在於採用先進的製作技術製備奈米材料，尤其重視物質界面的處理，創造出傳統方式不容易達到的材料、形貌與結構。這些技術包括了各種化學與物理氣相沉積技術，研究的材料多以矽、碳或氮為基材，研發出諸如矽奈米尖錐陣列、複合式奈米線—─奈米豆莢、氮化物奈米線、奈米碳管等。

例如在一個滲入氮的奈米碳管陣列結構中，由於奈米碳管可當作支撐與電極，因此可做為放置催化劑的載體支架。林教授發現在其中滲入氮之後，能有效地控制奈米金屬粒子（例如鉑與釕）成核與成長的過程，使金屬粒子分布非常均勻，且尺寸維持在 2 奈米而不會擴散長大。因為顆粒小，所以放上去的金屬顆顆都有功能，效果非常好。這對使用鉑與釕當催化物而言，發揮了最大的效果，也降低了使用這些貴重金屬的成本。這項技術若運用在燃料電池上，會大大降低成本、提升效能。

再如矽奈米尖錐陣列是林教授與合作的研究團隊，首創利用電子迴旋共振電漿在基板上產生奈米晶粒，同步進行自遮蔽式蝕刻，以形成超高密度奈米尖錐陣列，達到抗反射的效果。

傳統的奈米陣列式結構的發展已有四十多年，但林教授研究的突破，在於打破傳統陣列的規律所造成某些角度不能抗反射的限制，製作出一種亂中有序的結構，使抗反射的角度範圍達到 ±80°，這是各項技術中所得到角度最大的。另外，其適用於抗反射的波段，從紫外線、可見光到遠紅外線之外的兆赫波，這也是現今各種技術中波段範圍最廣的，同時是目前最大面積的抗反射結構。這項技術可用於分子檢測、太陽能電池、燃料電池、國防等產業，已經獲得專利，具有商品化的潛力。

林教授除了在自己的專長領域優遊之外，也很用心由這些科學知識發展出對人類社會更有幫助的，特別是有永續利用價值的產業。她很感謝過去在美國奇異公司的 5 年工作經驗，讓她能夠從應用面與產業發展的角度思考問題。不過她也承認目前從事的都是相當前瞻的研究，真正要在產業上發揮功用，還有很長的一段路要走。

資料來源

《科學發展》2009年10月，442期，76 ~ 77頁

燃料(10) 奈米碳管(6) 科發月刊(5210)

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