Nanomaterials-Vapplication

/sundae_mengI.奈米材料及技術(shù)的應(yīng)用

1.在陶瓷領(lǐng)域的應(yīng)用

(1)奈米陶瓷指顯微結(jié)構(gòu)中的物相具有奈米級的陶瓷材料

(2)有良好韌性，可大幅彎曲而不斷裂

(3)例如：仿有機結(jié)構(gòu)之無機復(fù)合產(chǎn)物

/sundae_meng/sundae_meng/sundae_meng/sundae_meng/sundae_meng2.在電子學(xué)上的應(yīng)用

(1)利用奈米粒子的量子效應(yīng)設(shè)計并制備

奈米量子器件

(2)終極目標(biāo)是將集成電路縮小，研制由單原子或單分子構(gòu)成的各種器件

(3)如微電子和計算器技術(shù)/sundae_meng3.在生物工程上的應(yīng)用

(1)生物分子是很好的信息處理材料

a.分子是保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)不變的最小單位

b.生物分子本身就是一個微型處理器

(2)如發(fā)展分子計算機/sundae_meng4.在光電領(lǐng)域的應(yīng)用(1)利用奈米技術(shù)結(jié)合微電子與光電子，使光電器件在光電信息傳輸、貯存、處理、運算及顯示等性能大幅提升(2)發(fā)展光學(xué)高速數(shù)學(xué)運算、高速激光器(3)如高性能電極材料，大幅度提高放電

效率/sundae_meng5.在化工上的應(yīng)用

(1)奈米材料的化工性質(zhì)

a.奈米粒子比表面積大，光催化效率高

b.奈米粒子生成的電子、空穴到達表面之前，大部分不會重新結(jié)合故可到達的數(shù)量多，化學(xué)反應(yīng)活性高

c.奈米粒子分散在介質(zhì)中為透明性可觀察界面間的電荷轉(zhuǎn)移、質(zhì)子轉(zhuǎn)移、半導(dǎo)體能階結(jié)構(gòu)及表面態(tài)密度

(2)已發(fā)展奈米光觸媒、奈米靜電屏蔽材料、奈米紫外線屏蔽材料(化妝品、食品包材)

、奈米反應(yīng)器/sundae_meng(3)如美容美發(fā)護理劑：

a.奈米氧化鋅粉末性質(zhì)*無毒、無味、對皮膚無刺激性、分解、不變質(zhì)、熱穩(wěn)定性好*本身為白色，可以簡單地以著色*具有很強的吸收紫外線的功能，對UVA和

UVB均有屏蔽作用*具有滲透、修復(fù)功能

b.奈米氧化鋅粉末的應(yīng)用適用于作美容美發(fā)護理劑中的活性因子*大幅度提高護理效果*還可避免因紫外線輻射造成對皮膚的傷害/sundae_meng(4)奈米化妝品：a.Nanocapsule*奈米碳球(130~600nm)所制成的化妝品*結(jié)構(gòu)非常微小，很快滲透進入皮膚內(nèi)層*材料是生物兼容性的聚合物*實務(wù)制作上仍有技術(shù)上的困難/sundae_mengb.Nanoparitcle*表面效應(yīng)

--當(dāng)金屬或化學(xué)原料的大小改變時，性質(zhì)也會改變

--表面積越大，金屬作為觸媒的化學(xué)作用會更有效率/sundae_meng*ZnO2或TiO2--使用ZnO2(過氧化鋅)或TiO2(二氧化鈦)制成80-100nm大小奈米粒子制作防曬乳液/sundae_meng--和一般利用有機分子形成紫外線隔離層之防曬乳液的差異

i可以有效隔離紫外線

ii不會對敏感性皮膚造成過敏

iii透光性

iv奈米粒子越小，防曬效果越好

15-20nm的奈米粒子是奈米防曬乳液的極限/sundae_meng圖花粉負離子奈米保濕水

/sundae_mengc.MicroElectroMechanicalSystems

奈米大小的皮膚偵測系統(tǒng)*包含偵測儀、機電系統(tǒng)與含醫(yī)學(xué)信息的軟件*與手腕皮膚的接觸，它會很快地分析出適合該皮膚使用的保養(yǎng)品

d.Nanorobotor*利用奈米機器人制作成染發(fā)劑、洗發(fā)精*操作頭發(fā)生長的快慢*變色唇膏/sundae_meng6.在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

(1)研究生物大分子的精細結(jié)構(gòu)及功能獲取生命信息，進行診斷或治療

(2)疾病檢測指示劑奈米粒子微細結(jié)構(gòu)使其對環(huán)境中的化學(xué)或物理指針的變化極為敏感/sundae_meng/sundae_meng(3)奈米導(dǎo)向劑將以奈米磁性顆粒為載體的藥物注入人體后，藥物在外磁場的作用下會聚集于體內(nèi)的局部(4)其他如分子機器人、生物導(dǎo)彈及其他奈米生醫(yī)材料

/sundae_meng7.在分子組裝上的應(yīng)用

(1)奈米材料的發(fā)展分為三個階段

a.制備奈米粒子、合成塊體、評估表征、探索特殊性質(zhì)

b.設(shè)計奈米復(fù)合材料

c.分子組裝等

(2)奈米級微粒的尺寸大小及均勻程度仍是技術(shù)瓶頸/sundae_meng/sundae_meng8.在其他領(lǐng)域上的應(yīng)用

(1)生物技術(shù)--如抗菌劑：

a.奈米氧化鋅粉末在陽光(尤其在紫外線)的照射下，在水和空氣中能自行分解出自由移動的帶負電的電子（e-

），同時留下帶正電的空穴（H+）

b.空穴激活空氣中的氧變?yōu)榛钚匝?有極強的化學(xué)活性)，能與多種有機物發(fā)生氧化反應(yīng)（包括細菌內(nèi)的有機物），把大多數(shù)病菌和病毒殺死/sundae_mengc.殺菌效果：奈米氧化鋅的濃度為1%時，

在5分鐘內(nèi)金黃色葡萄球菌的殺菌率為

98.86%，大腸桿菌的殺菌率為99.93%。/sundae_meng(2)奈米洗衣機、抗菌衣：抗菌效果可達99.9%a.洗衣機內(nèi)部涂上一層奈米材料可抑制霉菌的生長

b.奈米層狀銀系無機抗菌防霉母粒與纖維，具有抗菌功效，如大腸桿菌及金黃葡萄球菌的抗菌效果都達到99.9%，對淋病及肝炎病毒的預(yù)防有很大功效

c.可制成抗菌衣物，也能用在家電制品、日用品、文具、玩具、醫(yī)療用品及建筑材料

等/sundae_meng奈米銀抗菌機制~破壞細菌細胞膜，或強烈吸引細菌體中蛋白的硫氫基并迅速結(jié)合，降低細菌原生物的酵素活性，產(chǎn)生抗菌作用；同時藉由緩釋銀離子，發(fā)揮持久的抗菌效果

/sundae_meng奈米銀殺菌作用與一般抗生素藥物之比較表/sundae_meng表奈米銀對致病(食品)菌之抗菌作用/sundae_meng/sundae_meng(3)奈米保健食品：可降低自由基的活性

a.科學(xué)家最早投入研發(fā)的奈米保健食品

是奈米硒（Se）

b.奈米硒具有高生物活性、高純度、穩(wěn)

定性

c.奈米硒去除自由基的活性為無機硒的五倍，在免疫調(diào)節(jié)及抑制腫瘤的靈敏度上，也比有機硒提高許多

/sundae_meng(4)奈米過濾(nano-filtration)

NF為介于RO及UF之間的過濾方式，常用于除礦化(demineralization)和濃縮去除分子量在100~500的物質(zhì)/sundae_meng/sundae_meng/sundae_meng(5)軍事領(lǐng)域--如吸波材料：奈米金屬粉末對電磁波有特殊的吸

收作用

a.可作為軍用高性能毫米波隱形材料

b.可見光--紅外線隱形材料和結(jié)構(gòu)式隱

形材料

c.手機輻射屏蔽材料/sundae_mengII.我國奈米技術(shù)產(chǎn)業(yè)化近況

/sundae_meng表VI-3奈米材料技術(shù)商品化時程圖/sundae_meng表VI-4工研院奈米技術(shù)開發(fā)成果表產(chǎn)業(yè)別材料加工技術(shù)可應(yīng)用之組件/產(chǎn)品顯示器碳奈米管(CNT)配向膜材料噴墨材料(<30nm)可網(wǎng)印之場發(fā)射顯示器(FED)制程CNT-FED(10吋彩色雛型，車用)LED

藍/白光LED用藍寶石晶圓SiGe/Si量子點光儲存無機材料記錄媒體(ARMI,2-20nm膜厚)母模技術(shù)(Mastering,70nm)DVD-R盤片構(gòu)裝基板自組裝平坦化陶瓷基板(1-5nmbuildingblock)

積體被動組件/裝置儲能高潤濕性電池隔離膜(2-5nm結(jié)構(gòu))奈米電極/觸媒高儲能電容材料(2-50nm孔徑)電漿表面處理鎳氫電池(已占7%世界市場)；鋰電池(開發(fā)中)DMFC(DirectMethanolFuelCell)化工奈米黏土復(fù)合材料

金觸媒化學(xué)機械研磨液插層、剝離、押出聚合反應(yīng)(介孔洞，mesoporous)奈米級二氧化硅膠體粒超高分子量聚合物(分子量>100萬)口罩晶圓拋光生技生物奈米材料(金膠體<20nm)

生物芯片目標(biāo)給藥微脂粒(100nm)/sundae_meng表V-5國內(nèi)已經(jīng)利用奈米技術(shù)開發(fā)的產(chǎn)品與公司一覽表運用奈米技術(shù)之產(chǎn)品公司該產(chǎn)品適用之產(chǎn)業(yè)鎳氫電池隔離膜高銀化學(xué)能源產(chǎn)業(yè)抗菌地磚東陶建材產(chǎn)業(yè)衛(wèi)浴設(shè)備、馬桶、洗手臺和成欣業(yè)石材表面處理華峰工業(yè)抗菌、防臭、防紫外線功能性纖維中華綠纖、遠東紡織、中興紡織、力麗企業(yè)紡織產(chǎn)業(yè)機能性尼龍奈米新合纖中石化奈米口罩元臺山奈米冰箱東元電機家電產(chǎn)業(yè)空氣清靜燈管臺灣日光燈空氣清凈機大同、聲寶、三洋超基因健康食品超基因科技生物科技產(chǎn)業(yè)微脂粒藥物臺灣微脂體、東洋制品奈米中草藥九鼎生技65奈米SRAM、MRAM、FinFET臺積電半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)65奈米技術(shù)聯(lián)電化學(xué)機械研磨液長春石油、永光化學(xué)、長興化工奈米軟式基板國泰高科技印刷電路板產(chǎn)業(yè)奈米碳管場發(fā)射顯示器翰立光電光電產(chǎn)業(yè)大尺寸電視用之奈米碳管東元奈米應(yīng)材OLED錸寶科技LCD彩色濾光片光阻劑永記造漆、長興化工、永光化學(xué)噴墨打印機奈米顏料尚志造漆有機感光鼓臺鹽高純度粒徑30奈米光導(dǎo)電材料永信藥品無機可錄式光盤聯(lián)宥/sundae_mengIII.

展望Nanotechnology(奈米科技)PresentImpact(目前沖擊)PotentialImpact(潛在沖擊)Dispersion&coatingThermalbarrierOptical(Visible&UV)barrier(multibillion-dollarbusiness,Kodak)ImagingenhancementInk-JetmaterialsCoatedabrasiveslurriesChemical-mechanicalPolishingSlurries($~billion/yr)Information-recordinglayersTargeteddrugdelivery/geneTherapyMultifunctionalnanocoatingsHighsurfaceareamaterialsMolecularsievesDrugdelivery($13.8billion/yr)Tailoredcatalysts($210billion/yr)Absorption/desorptionmaterialsMoleculespecificsensorsLargehydrocarbonorbacterialFiltersEnergystorageGrautzel-typesolarcellsConsolidatedmaterialsLow-losssoftmagneticMaterialsHighhardness,toughWC/CocuttingtoolsNanocompositecementsSuperplasticformingofCeramicsUltrahigh-strength,toughstructuralmaterialsMagneticrefrigerantsNanofilledpolymercompositesDuctilecementsNano-devicesGMRreadheads(within3yearsmarketincreasedto$20+billion,IBM&HP-mainmanufacturer)TerabitmemoryandmicroprocessingSinglemoleculeDNAsizingandsequencingBiomedicalsensorsLownoise,lowthresholdlasersNanotubesforhighbrightnessdisplayAdditionalBiologicalaspectsBiocatalysisBioelectronicsBioinspiredprosthesesSingle-molecule-sensitiveBiosensorsDesignermolecules/sundae_meng2.奈米尺度下之新特性提供了新的應(yīng)用契機

(1)2010至2015年間奈米技術(shù)市場規(guī)模約美金一兆元。

(2)臺灣如能占到3%市場即為1兆臺幣的產(chǎn)值。/sundae_meng3.美國富比士雜志(forbes)

針對奈米科技的實際應(yīng)用選出了2003十大排行榜

(1)滑雪設(shè)備保養(yǎng)臘提升選手的速度外也同時兼具更佳的操控

性/sundae_meng(2)會呼吸的防水雪地

外套透氣、防水、而且還不易弄臟(3)防皺/抗沾染服飾布料本身奈米結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的保護層將使得外界的液態(tài)臟污無法滲透甚至附著，亦有抗皺能力/sundae_meng(4)深層保養(yǎng)面霜

(5)LCD的替代產(chǎn)品–OLEDs

有機電激發(fā)光(organiclight-emittingdiodes；OLEDs)技術(shù)具有多項比液晶

(LCD)更優(yōu)良的特性：亮度更強、更省電、可視角更廣。/sundae_meng(6)奈米科技

DVD與書籍介紹/sundae_meng(7)太陽眼鏡內(nèi)部由150nm與20μm厚的特殊材料沉積而成，并在太陽眼鏡表面鍍上3-10nm

的抗反射層。(8)奈米級防曬用品高防曬系數(shù)(sunprotectionfactor；SPF)，且具有阻隔

UVA與UVB的能力。

/sundae_meng(9)高科技網(wǎng)球拍(10)高科技網(wǎng)球

a.1970年代-鋁、1980年代-

碳纖、1990年代-鈦，目前則是奈米材料。

b.奈米材料所制成的球拍具有比過去材質(zhì)百倍以上的強度。

c.奈米材質(zhì)制成的網(wǎng)球有不易變形的更長壽命。(DavisCup指定用球)/sundae_mengIV.奈米生技醫(yī)學(xué)市場

1.奈米生物學(xué)(nanobiology)研究與應(yīng)用

(1)細胞內(nèi)各種胞器的結(jié)構(gòu)與功能的研究

(2)細胞內(nèi)外生物物質(zhì)、能量與訊息傳導(dǎo)

的研究

(3)生物反應(yīng)機制的研究：修復(fù)、復(fù)制及調(diào)控等生物程序

(4)奈米級生物分子工程的發(fā)展：分子機器人及奈米訊息處理系統(tǒng)。

/sundae_meng2.醫(yī)學(xué)診斷與監(jiān)測

(1)分子雷達

a.光學(xué)相位差層析技術(shù)(OCT)，分辨率可達微米級

b.精密度高，可以更早期診斷出癌組織病變

以每秒2000次完成生物體內(nèi)活細胞的動態(tài)影像，觀察活細胞的動態(tài)，發(fā)覺單一病變細胞

c.不會如CT、X光、核磁共振一樣殺死活細

胞

/sundae_meng(2)微小探針技術(shù)奈米監(jiān)測器

3.有機奈米生醫(yī)材料：

(1)人造皮膚以及實現(xiàn)人工移植動物器官

(2)直接用于治療各種細胞等級疾病的奈米生物導(dǎo)彈

/sundae_meng4.免疫治療：

(1)指利用或刺激人體免疫系統(tǒng)(免疫細胞、抗體、細胞激素)以達成治療免

疫性疾病(癌癥、過敏、自體免疫、

感染等)之目的

(2)是最具市場價值之生物科技/sundae_meng5.惡性腫瘤治療：

(1)找尋有效成分配合放化療治療惡性腫瘤

a.可增強放化療敏感性

b.增加放化療對腫瘤毒殺效應(yīng)

c.減輕對人體正常細胞之毒性反應(yīng)

d.提高機體積能如造血及免疫活性

e.預(yù)防復(fù)發(fā)移轉(zhuǎn)

f.提高生存率及生活質(zhì)量

/sundae_meng(2)以dextran包覆磁性氧化鐵/sundae_meng6.奈米醫(yī)藥應(yīng)用

(1)奈米級生物藥品不會使細菌產(chǎn)生耐藥

性

a.遇水對細菌發(fā)揮更強的殺傷力，產(chǎn)品的抗菌效果更強

b.吸附力及滲透力強，能深入皮下組織，進行消炎滅菌

c.奈米醫(yī)藥產(chǎn)品可能成為某些抗生素的替代產(chǎn)品/sundae_meng(2)在產(chǎn)業(yè)界的應(yīng)用

a.QuantumDot公司(美國)利用奈米科技偵測比DNA還小的量子分子*當(dāng)人體有心臟病、中風(fēng)、感染現(xiàn)象，相關(guān)的量子分子就會發(fā)亮，而且持續(xù)

多天*加上顏色，觀察哪些蛋白質(zhì)和哪些疾病有關(guān)，及藥物在人體中如何運作/sundae_mengb.C.Sixty公司(加拿大)，利用奈米技術(shù)

(fullerenes)成功研發(fā)抗愛滋藥物阻止HIV病毒擴散，已并用于動物實驗

/sundae_mengV.食品添加市場

1.食品添加物

(1)健康食品雖為一般食品，但是在醫(yī)學(xué)臨床及研究報告卻有療效。

(2)健康食品管理辦法

88年8月實施“