奈米結構的檢測工具

• 掃瞄穿隧顯微儀STM儀器可觀測奈米結構, 其工作原理如下:
  1.金屬探針與導電樣品相距很近時，在其 間加上微小電壓，則探針所在的位置便 有穿隧電流產生。
  2.設定穿隧電流值，即鎖定探針和樣品表 面之間距。
  3.由於探針與樣品表面的間距和穿隧電流 有十分靈敏的關係，當探針在樣品表面掃瞄時，
  探針必須隨表面之起伏調整其 高度（即z值）；因此，以探針的高度變 化來呈像，就反映出樣品表面的形貌。

• 以下的圖片是利用 "掃瞄穿隧顯微儀STM儀器" 所觀察表面電子的行為.
  1993年科學家在銅表面上先鍍上一些鐵原子，然後，將一顆顆鐵原子移動排成一個圓圈的量子圍欄(quantum corral) ，銅的價電子在48顆鐵原子圍成的區域內具有量子效應，而形成駐波。
  

奈米尺寸的量子效應－量子幻象(quantum mirage)

2000年IBM研究群利用量子圍欄的技巧 ，用STM觀察表面電子的行為呈現出另一量子效應--量子海市蜃樓或稱量子幻象，讓我們真接看到奈米世界的壯觀量子奇景。

下圖是在銅表面放置36個鈷原子，並將其排列成橢圓形。在橢圓形焦點再放一個鈷原子，則銅價電子的物質波與放置在焦點的鈷產生相互影響，而在橢圓的另一焦點產生了一個鈷原子的幻象出來。 (注意：並不是真的有一鈷原子在那裡)
Courtesy of IBM.reported by: Manoharan et al., in Nature, 3 February 2000

奈米材料與一般材料性質有何不同？

• 一般奈米材料尺寸：能夠掌控與操作關鍵尺寸小於100奈米的物質結構單元
  
• 化學活性 :一般金塊熔點1063℃，惰性 → 當厚度逹 5nm時，熔點730℃，高活性 且 可作為觸媒
  
• 導電性 : 奈米級TiO2 60倍於微米級TiO2
  
• 絕熱性 : porous silica，pore<10nm，熱傳導係數~65% air，隔熱效果佳
  
  
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• 光學性質 :彩色濾光片色料顆粒 100nm →25nm，顯色強度上升75%，光穿透力40%增加至90%
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奈米科技的基礎

奈米結構的大小約為 1 到 100奈米，也就是在分子和次微米結構之間。在此尺寸下，許多量子效應與現象特別顯著，因此，奈米結構能產生完全不同於大尺寸物質的新性質。除了尺寸小以外，奈米結構的特徵還包括高表面/體積比、高密度堆積的潛力、以及在結構組合上的彈性。

某些細菌也會有磁性的分子

蓮花效應短片

你知道龍蝦也會遷徙嗎 ?「它們」是一起移動的而且有特定的方向 ，它們是如何做到的 ?

• 龍蝦遷徙時所依靠的便是奈米級的磁性顆粒 (請觀看以下影片)

海龜四處漂泊但生蛋時會回到原出生地 ，海龜是如何回家?

• 海龜是自然界的珍稀動物，海龜利用獨有的磁性奈米顆粒導航系統，可以長途跋涉數萬公里而不會迷失方向。
• 「橫行」霸道的螃蟹，在第一對觸角裡也有幾顆用於定向的磁性奈米顆粒，就像幾個小小的指南針。
  
  

蜜蜂採完花蜜後，如何找到回家的方向 ?

蜜蜂辨別方向是因其腹部有奈米大小的磁性顆粒可感應地球磁場 ，當蜜蜂要回家時只要依出發時磁性顆粒的反向即可。( 此項構造是由清大生命科學研究所發現 ， 並發表論文於 Nature 雜誌 )

蓮花為何能出污泥而不染 ?

註: 欲放大觀看照片, 直接點選照片即可.

壁虎為何可牢牢吸住天花版或牆壁而不會掉落 ?

• 因為壁虎足底有650萬根細毛(tiny hairs) ，每根細毛分成數 百根的tips( 直徑約為200 nm_奈米 ) 。


• 壁虎的一根細毛可支撐 20 mg ( 0.02g )重量，一百萬根可舉起20公斤重量 ( 利用Stanford大學的microscopic force sensor測量 ) ，利用分子間彼此吸引的凡得瓦爾力與各種物體表面黏著，每平方英寸可支撐約 200磅的重量。


• 一般膠帶需黏著劑，用久耗損則不具有黏性， 但壁虎與天花版或牆壁間的黏性則沒有這種問題。


• 英國：太空物理學教授Andre Geim (Univ. of Manchester) 用5μm 厚(即0.000005m厚度)的Polyimide，以電子束微影和氧電漿蝕刻出微細圖案，即可將蜘蛛人模型直接吸附在天花板上。

自然界的奈米現象

奈米不是最新發明，自然界早存在奈米現象

• 人體小腸內部絨毛尖端為奈米等級故其吸收力特強
• 蝴蝶翅膀表面即為一層奈米級薄膜，會隨光線而改變顏色

奈米簡介

目前已進入"奈米"的時代, 我們將擷取教育部推廣的相關資料 , 對"奈米"科技作概略性的描述.
奈米尺寸 : 1奈米=1米(公尺)的10億分之一
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