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奈米知識教學園地 * 奈米是什麼？ 「奈米」是英文 nanometer 的譯名，還有一種說法是源自拉丁文「NANO」，意思是「矮小」。奈米是一種長度單位，數學符號為nm；一奈米為百萬分之一公釐，也就是十億分之一公尺（10-9米），相當於4個原子的直徑，是10個氫原子並排起來的長度。 由奈米材料組成的物質，是看不到、摸不著的微細物質，如果用實物來比較：人的頭髮一般直徑為 20至50 微米，約2萬至5萬奈米長；一個典型的病毒大約有100奈米長。 資料來源： .tw/pages/Communication/TeachProject/ 前言： 1996年諾貝爾化學獎得主 Smalley 於1999年美國參議院奈米科技聽證會上強調：「奈米科技對未來人類健康及生活福祉之貢獻，絕對不亞於本世紀為電子產品、醫學影像、電腦輔助工程、人造高分子材料的總合貢獻」。隨科技發展日新月異，反應慢、笨重的材料已日漸被淘汰，取而代之的是反應速度較快且體積微小的奈米材料。以長期的眼光來看，Ｋ－１２之學生將是未來十至二十年台灣於各國奈米領域發展的競爭主力，基於這樣的理念，相信向下紮根為人才培育工作首要之任務。 如果用一公尺來代表地球的直徑 那麼一奈米大約是一個 彈珠 的直徑大小！ 大自然的奈米現象 　　當我們走過河邊或湖邊，偶爾可以看到鵝或鴨子在水中戲水尋找食物，卻不見牠們羽毛被水弄溼，這是因為鵝毛、鴨毛是可以防水的。牠們的羽毛排列非常整齊而緻密，毛與毛之間的縫隙極細小，可以小到奈米尺寸，使得鵝或鴨子得以在水中保持身體的乾燥。 　　由於雁鴨及鵝類動物其羽毛上具有奈米顆粒的防水結構，故可浮於水面上。鴨、鵝羽毛排列非常緊密,毛和毛之間的空隙有奈米尺寸那麼小,因此,水分子沒有辦法穿過牠們身上的羽毛而沾附在身上。當然,在寒冷的冬天裡,因為有不透氣的羽毛保暖,鴨子和鵝快快樂樂的戲水玩耍,也不會冷呢！ 大自然的奈米現象 　　蓮花效應是指蓮葉表面具有超疏水(superhydrophobicity)及自潔 (self-cleaning) 的特性。由於蓮葉具有疏水、不吸水的表面，落在葉面上的雨水會因表面張力的作用形成水珠，換言之，水與葉面的接觸角(contact angle)會大於140度，水珠與葉面接觸面積大約只佔總面積的2~3%，只要將葉面傾斜，則滾動的水珠會吸附起葉面上的污泥顆粒，一同滾出葉面，達到清潔的效果，達到自我潔淨的效果，這就是蓮花總是能一塵不染的原因。 　　在電子顯微鏡下，蓮葉的表面具有大小約5~15微米細微突起的表皮細胞(epidermal cell)，表皮細胞上又覆蓋著一層直徑約1奈米的蠟質結晶(wax crystal)。蠟質結晶本身的化學結構具有疏水性，當水與這類表面接觸時，會因表面張力而形成水珠，再加上葉表的細微結構，使水與葉面的接觸面積更小而接觸角變大，因此加強了疏水性，同時也降低污染顆粒對葉面的附著力。 　　世人對蓮葉的這些特性並不陌生，但真正有系統地研究與分析卻是最近幾年的事。1997年，德國波昂大學的植物學家 Wilhelm Barthlott 針對這個特殊現象進行了一系列的實驗，發現了上述蓮花的疏水性與自我潔淨的關係，因此創造了「蓮花效應」 (Lotus effect) 一詞，從此以後，蓮花效應就成了奈米科技最具代表性的名詞。 資料來源：.tw/dictionary/lotus_effect.html 大自然的奈米現象 　　美麗的蝴蝶表現在蝶翼的色彩斑斕絢麗，服飾工業再怎麼先進也望塵莫及。人類漂亮的衣著通常用染料來成色，蝴蝶卻只用無色的蛋白質，就能產生吸引眾人目光的色彩，令人不禁要讚嘆大自然的巧奪天工。蝴蝶到底是怎麼做到的呢？ 　　科學家利用電子顯微鏡解開了這個謎，原來構成蝶翼的鱗片表面有許多類似樹枝狀的奈米結構，其細枝之間的距離約在 70~100 奈米，對光線而言，看到的是兩種物質，也就是空氣和蛋白質組成的結構。空氣和蛋白質的折射率不同，再加上這些結構是有些規則但又不是很規則，可反射部分顏色的光，並讓其餘顏色的光穿透過去。經由光照射後就產生了所謂的彩虹效應。不同的結構組合可以造成不同的顏色及圖案，當光與鱗片結構夾角改變時，會使鱗片結構反射不同頻率的光，所以翅膀顏色會隨觀看角度而改變，這說明蝴蝶的翅膀為何看起來如此五彩繽紛，讓我們有機會欣賞到千百種不同的美麗蝴蝶。 但就材料組成而言，這些不過是蛋白質，本身是無色的。大自然神奇之處在於，它不只是利用元素或分子的本質特性、個體功能而已，更重要的是能以原子、分子，甚或奈米點、奈米線為構件，自組裝成各種結構，因此產生全新的特性或功能。 資料來源：/forum/forumshow.asp?FDocNo=399CL=16