奈米科技k-12人才培育計(jì)畫(huà)各區(qū)區(qū)域中心籌備會(huì)議[001]

1、南區(qū)奈米科技K-12教育發(fā)展中心教材巡迴演講,主題：看奈米學(xué)科學(xué)基礎(chǔ)報(bào)告者：楊志鴻計(jì)畫(huà)執(zhí)行單位：後甲國(guó)中,中華民國(guó)九十六年十月三日,報(bào)告大綱,教材的架構(gòu)說(shuō)明第二章內(nèi)文導(dǎo)讀分享與回饋,「奈」＝「大 = 小之間」,奈米科技特性的闡釋,,,公尺,10cm,1cm,1mm,100μm,10μm,1μm,100nm,10nm,1nm,來(lái)源：www.wordwizz.com,教材的架構(gòu)說(shuō)明,第一章：從奈米的自然現(xiàn)象出發(fā)—發(fā)現(xiàn)奈米科技早

2、已出現(xiàn)在大自然中，引起探索奈米科技的動(dòng)機(jī)第二章：看奈米學(xué)科學(xué)基礎(chǔ)—連結(jié)國(guó)中階段自然科學(xué)基礎(chǔ)、奠基了解奈米科技的科學(xué)原理第三章：認(rèn)識(shí)奈米科技的各項(xiàng)應(yīng)用—了解各項(xiàng)奈米科技的實(shí)際應(yīng)用，建立發(fā)展的願(yuàn)景第四章：奈米體驗(yàn)營(yíng)—透過(guò)實(shí)作體驗(yàn)各種奈米特性,第二章：看奈米學(xué)科學(xué)基礎(chǔ)重點(diǎn)說(shuō)明,內(nèi)容共分三部分一、大小之間－奈米尺度二、魔法傳奇－奈米特性三、過(guò)去、現(xiàn)在與未來(lái)－奈米的歷史,一、大小之間－奈米尺度,「奈米」到底是啥米？現(xiàn)在日常生活中

3、隨處都可聽(tīng)見(jiàn)「奈米」這個(gè)名詞，但是大家了解其字面上的意義嗎？其實(shí)奈米不是一種米，而是與公尺（米）一樣都是『長(zhǎng)度』的單位名詞，只不過(guò)我們較為熟悉的是其他長(zhǎng)度公制單位如：公里（仟米）、公分（厘米）、公釐（毫米）等（詳見(jiàn)表一）。表一 長(zhǎng)度公制單位與換算表(詳見(jiàn)教材p15)迷思概念：奈米與原子哪一個(gè)比較??？,一、大小之間－奈米尺度,在前表中『1奈米的長(zhǎng)度等於10-9公尺』這樣的尺寸到底有多小呢？曾經(jīng)有雜誌以「以一米長(zhǎng)與一奈米長(zhǎng)做比較，相

4、當(dāng)於地球的直徑比上一顆玻璃彈珠的直徑」。可見(jiàn)奈米尺寸是多麼的微小，它已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小至人類(lèi)視覺(jué)無(wú)法觀察與分辨的範(fàn)圍。,由大而小每十分之一的手掌特寫(xiě)畫(huà)面,一、大小之間－奈米尺度,但是，若是對(duì)於組成物質(zhì)的最基本粒子－「原子」來(lái)看，因?yàn)樵拥闹睆郊s為1埃（1Å相當(dāng)於0.1奈米）左右的長(zhǎng)短，因此，1奈米大約是「2～3個(gè)金屬原子」或「10個(gè)氫原子」排列在一起的寬度，也就是說(shuō)，若以原子的世界觀之，那奈米可又不算太小囉！通?！覆《尽沟闹睆郊s60

5、～250 奈米，「紅血球」的直徑則約2,000奈米，「頭髮」的直徑就大約30,000~50,000奈米了。所謂「小小世界、大大驚奇」，如果把奈米的「奈」字拆開(kāi)來(lái)看的話(huà)，奈米科學(xué)可以說(shuō)是「通往大小之間」的嶄新精采新世界，難怪乎知名的物理學(xué)家-李查費(fèi)曼在1959年12月於美國(guó)物理學(xué)年會(huì)上所發(fā)表的演講中說(shuō)道：「這下面的空間還很大呢？！」（There’s plenty of room at the bottom）,一、大小之間－奈米尺度,

6、科學(xué)小百科－原子的簡(jiǎn)介,二、魔法傳奇－奈米特性,我們現(xiàn)在有興趣深入了解的是在「奈米」這種長(zhǎng)度範(fàn)疇內(nèi)，會(huì)發(fā)生許許多多的特殊現(xiàn)象，並且發(fā)展在這種尺度下的科學(xué)技術(shù)並加以應(yīng)用。而奈米尺度的特殊現(xiàn)象絕對(duì)不是人類(lèi)原創(chuàng)的，其實(shí)早已存在大自然中。,二、魔法傳奇－奈米特性,如同本書(shū)的奈米自然現(xiàn)象篇所探討到「某些生物五彩繽紛的顏色」，例如甲蟲(chóng)殼、魚(yú)鱗、蝴蝶翅膀，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)是和光子晶體的顯微結(jié)構(gòu)有關(guān)。當(dāng)物質(zhì)呈特殊性排列，可以反射特殊波長(zhǎng)的可見(jiàn)光，組織約在數(shù)

7、百奈米左右，所以顏色會(huì)隨時(shí)變化，十分美麗另外「許多動(dòng)物有辨識(shí)方向能力」，即使離家千里也可以找到回家的路，例如螞蟻、蜜蜂、鴿子、鮭魚(yú)等，他們都具有磁場(chǎng)感應(yīng)器。存在蜜蜂體內(nèi)的磁性奈米粒子，對(duì)於蜜蜂而言，具有「羅盤(pán)」的作用，因此可以做為蜜蜂的導(dǎo)航系統(tǒng)至於「蓮花出汙泥而不染」的奧秘，即是在分布於荷葉上有著精巧的奈米與微米結(jié)構(gòu)，才能讓葉面有自?xún)舻哪芰?，食用芋頭的葉子也有類(lèi)似的特性呢！。,二、魔法傳奇－奈米特性,綜合整理諸多的特殊奈米現(xiàn)象後，可

8、以將這些現(xiàn)象歸納為下列三個(gè)效應(yīng)來(lái)做說(shuō)明：【小尺寸效應(yīng)】【表面效應(yīng)】【量子效應(yīng)】,【小尺寸效應(yīng)】,「小尺寸效應(yīng)」又稱(chēng)為「體積效應(yīng)」。所謂「小尺寸效應(yīng)」乃是指微粒子的尺寸變小時(shí),其體積縮小,粒子內(nèi)部所含的原子數(shù)減小所出現(xiàn)的效應(yīng)。當(dāng)微粒之固體粒徑逐漸減小,甚至接近原子大小時(shí),其凡德瓦力會(huì)越來(lái)越強(qiáng),微粒之聲、光、電、磁、熱及化學(xué)特性等亦將隨之改變，下面再進(jìn)一步的分類(lèi)說(shuō)明：,(1)聲音性質(zhì),表面原子在傳導(dǎo)與感應(yīng)聲音波動(dòng)的作用上,可增加其敏

9、感度,由於粒徑小,孔隙度亦縮小,使依序傳遞的能量能迅速而不受干擾,其信號(hào)與雜音比例會(huì)相對(duì)提高,使得我們?nèi)硕a(chǎn)生聽(tīng)覺(jué)三要素（響度、音調(diào)、音色）以及聲音傳遞速度應(yīng)會(huì)有所改變。,(1)聲音性質(zhì)-科學(xué)小百科,科學(xué)小百科聲音三要素：音調(diào)、響度、音色。1.音調(diào)：聲音的高低由振動(dòng)的頻率決定，頻率越高，聲音就越尖銳。所以，女孩子的發(fā)聲頻率通常就比男孩子來(lái)得高。2. 響度：聲音的強(qiáng)弱，由聲波的振動(dòng)幅度（振幅）來(lái)決定，振幅越大，表示聲波的能量

10、越高，因此聲音也就越大聲。一般我們用分貝（dB）來(lái)表示聲音的響度。 3.音色：同樣是La這個(gè)音，以小提琴拉奏和以鋼琴?gòu)椬?，?tīng)起來(lái)是不是感覺(jué)不一樣呢？這兩種樂(lè)器所演奏出來(lái)的聲音的差異，就在於音色上的不同，而音色決定於聲波的波形。,(1)聲音性質(zhì)-科學(xué)小百科圖示,,,,(2)光學(xué)性質(zhì),當(dāng)微粒子的尺寸減小時(shí),對(duì)於光（微波波長(zhǎng)的電磁波）的吸收會(huì)增加,並在某些特殊頻率因粒子共振頻移的現(xiàn)象出現(xiàn)吸收波峰,故因而產(chǎn)生新的光學(xué)特性。例如對(duì)紅外線

11、的吸收和發(fā)射作用,或?qū)ψ贤饩€有遮蔽作用等。不同粒徑材料對(duì)光的不透明度,亦即對(duì)其遮光能力也會(huì)隨光的不同波長(zhǎng)而改變。例如：常常聽(tīng)見(jiàn)的奈米光觸媒分子－二氧化鈦（分子式：TiO2）其分子粒徑小至200nm~350nm時(shí)對(duì)可見(jiàn)光(400~700nm)之遮蔽力會(huì)變強(qiáng);但如粒徑大小進(jìn)一步小至15nm~50nm時(shí),會(huì)呈現(xiàn)可見(jiàn)光的透光狀態(tài),但是對(duì)於短波高頻之紫外線卻有較著佳之遮蔽能力。,(2)光學(xué)性質(zhì)-科學(xué)小百科圖示,各種光波的頻譜示意圖,(2)光學(xué)性

12、質(zhì)-科學(xué)小百科圖示,電磁波依波長(zhǎng)不同而有不同種類(lèi)，波長(zhǎng)越短能量越高。,(3)電學(xué)特性,奈米微粒表面原子之特殊結(jié)構(gòu)易引起表面電子自旋構(gòu)象和電子能譜變化,故亦具有新的電學(xué)特性。金屬粒子之原子間距將隨粒徑減小而變小,金屬中自由電子平均自由(半)徑會(huì)減小,其導(dǎo)電率會(huì)降低。,(3)電學(xué)特性-科學(xué)小百科,1.金屬的導(dǎo)電性（自由電子與歐姆定律）自由電子在金屬晶體中作不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，在外電場(chǎng)的作用下，自由電子會(huì)做定向移動(dòng)，形成電流，此乃金屬導(dǎo)電性強(qiáng)

13、原因。但電子流動(dòng)過(guò)程中會(huì)與原子碰撞，若自由電子的碰撞機(jī)率增加，則會(huì)因受到阻力作用以致運(yùn)動(dòng)速率減慢，導(dǎo)致電阻增大。,(3)電學(xué)特性-科學(xué)小百科,2.歐姆定律：溫度不變時(shí)，導(dǎo)線兩端的電壓和流經(jīng)的電流成正比，此關(guān)係稱(chēng)為歐姆定律；電壓V與電流I的比值定義稱(chēng)為電阻，單位為歐姆(符號(hào)為Ω)。,(4)磁學(xué)特性,如同前述的微粒子表面之特殊結(jié)構(gòu)效應(yīng),原本為磁性物質(zhì)的有序排列可能出現(xiàn)無(wú)序排列的狀態(tài),使的原本應(yīng)該具有的超導(dǎo)現(xiàn)象也會(huì)因而轉(zhuǎn)變並產(chǎn)生新

14、的磁學(xué)特性。原本在高溫時(shí)才會(huì)消磁的現(xiàn)象，會(huì)因?yàn)榱降淖冃?其磁化率竟會(huì)在低溫的環(huán)境下降低甚至為零,成為磁絕緣體。例如：奈米微粒之鐵-鈷-鎳合金之強(qiáng)磁性材料,其信號(hào)與雜音比極高,可作為紀(jì)錄器。,(4)磁學(xué)特性-科學(xué)小百科,磁性物質(zhì)有序排列示意圖 想像用超級(jí)放大鏡把磁鐵放大，可以看到磁鐵是由一個(gè)個(gè)的小磁鐵所構(gòu)成的（科學(xué)家們稱(chēng)其為「磁域」）。,(4)磁學(xué)特性-深入閱讀,超導(dǎo)現(xiàn)象通常金屬的導(dǎo)電能力因溫度的升高而降低，此種現(xiàn)象可以

15、用動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)解釋?zhuān)骸府?dāng)金屬受熱時(shí)，金屬原子核的振動(dòng)增加，阻礙了價(jià)電子的流動(dòng)速度。相反地，當(dāng)金屬冷卻近絕對(duì)零度（0K）時(shí)，金屬粒子幾乎停止不動(dòng)，此時(shí)價(jià)電子可以在毫無(wú)阻礙的狀態(tài)下流動(dòng)，達(dá)成無(wú)電阻狀態(tài)」，我們稱(chēng)此溫度為該金屬的超導(dǎo)溫度（Superconducting Transition Temperature）。在此溫度，金屬成為超導(dǎo)體，金屬中的價(jià)電子能以百分之百的效率傳遞，期間並無(wú)能量的損失。,,(5)熱學(xué)性質(zhì),奈米微

16、粒晶體表面原子因吸收外界熱能會(huì)使其振動(dòng)幅度約為內(nèi)部原子的2倍,故隨著粒徑減小和表面原子比例之增加,在不需要太高溫度時(shí)，晶體便容易熔化，也就是原本在某定壓環(huán)境的熔點(diǎn)將會(huì)降低。例如：混合參入0.1%~0.5%的奈米鎢絲,其熔融與燒結(jié)溫度將改變；另外奈米微粒於低溫時(shí),其導(dǎo)熱性也會(huì)提高。,(5)熱學(xué)性質(zhì)-科學(xué)小百科,物質(zhì)的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)與三態(tài)改變不同的溫度或壓力下物質(zhì)可能會(huì)以固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)存在，而固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)則稱(chēng)為物質(zhì)的三態(tài)。其實(shí)同一物質(zhì)的

17、三態(tài)其組成分子是相同的，只是分子間的距離及分子自由運(yùn)動(dòng)性不同而已，例如右圖為水的三態(tài)：,(5)熱學(xué)性質(zhì)-科學(xué)小百科,而影響物態(tài)變化的主要因素有二，重要者為溫度，其次為壓力。例如當(dāng)物質(zhì)受熱由固態(tài)變液態(tài)的過(guò)程稱(chēng)為熔化，此時(shí)溫度成為熔點(diǎn)；若溫度再升高，內(nèi)部及表面液體分子皆劇烈汽化的溫度，稱(chēng)為沸點(diǎn)，而這種現(xiàn)象則稱(chēng)為沸騰。,,(5)熱學(xué)性質(zhì)-科學(xué)小百科,導(dǎo)熱性與比熱熱傳導(dǎo)是利用分子以及電子的碰撞而進(jìn)行的。一物質(zhì)熱傳導(dǎo)能力的大小是由其分子結(jié)構(gòu)中

18、的束縛力的大小來(lái)決定的。大部份的固體分子，尤其是金屬分子，其外圍電子的束縛力非常弱，所以它們具有最佳的熱傳導(dǎo)能力。熱傳導(dǎo)係數(shù)類(lèi)似比熱，但是又與比熱有一些差別，比熱是指使每一公克的物質(zhì)上升1℃所吸收的熱，不同種類(lèi)的物質(zhì)比熱皆不相同，通常金屬的比熱較小表示金屬吸熱後溫度較容易升高，但是又有導(dǎo)熱好（熱傳導(dǎo)係數(shù)高）的特性。,(5)熱學(xué)性質(zhì)-科學(xué)小百科,導(dǎo)熱性與比熱圖示,因?yàn)樯芭c水的比熱不同，造成白天海邊吹海風(fēng)的現(xiàn)象,不同材質(zhì)的地板

19、材料，導(dǎo)熱情形不同,(5)熱學(xué)性質(zhì)-科學(xué)小百科,(6) 化學(xué)性質(zhì),微粒尺寸逐漸趨近奈米大小時(shí),原離子型晶體會(huì)轉(zhuǎn)為趨向共價(jià)鍵型;反之,原共價(jià)鍵型晶體卻會(huì)呈現(xiàn)出離子鍵性質(zhì);而原金屬鍵形晶體亦會(huì)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)殡x子鍵或共價(jià)鍵之性質(zhì),故化學(xué)性質(zhì)會(huì)有所變化。由於表層原子數(shù)比例增加,同時(shí)增加了得失電子的機(jī)會(huì),故加強(qiáng)了化學(xué)反應(yīng)的能力與催化特性?！竿高^(guò)吸收光線產(chǎn)生催化作用的效率會(huì)與光電效應(yīng)產(chǎn)生電子與電子洞之時(shí)間有關(guān),並與微粒直徑之平方成反比」,故光觸媒粒

20、徑越小,其光催化活性越強(qiáng)。,(6) 化學(xué)性質(zhì)-科學(xué)小百科,原子與分子的各種鍵結(jié)介紹一、原子之間的鍵結(jié)分為： 1.金屬鍵 (詳見(jiàn)內(nèi)文)2.離子鍵 (詳見(jiàn)內(nèi)文)3.共價(jià)鍵 (詳見(jiàn)內(nèi)文)二、分子間的鍵結(jié)分為： 1.氫鍵 (詳見(jiàn)內(nèi)文)2.凡得瓦力(詳見(jiàn)內(nèi)文),(6) 化學(xué)性質(zhì)-科學(xué)小百科,,◎得失電子的能力－化學(xué)活性化學(xué)活性：原子得失電子的能力，就是發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的難易程度。1.元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的難易與其活性有關(guān)。2.對(duì)氧活性

21、大的元素，容易與氧作用，因此容易燃燒。3.對(duì)氧活性小的元素，不容易與氧作用，因此不容易燃燒?！蚪饘倩钚皂樞蛞来问牵轰?Li)>銣(Rb)>鉀(K)>銫(Cs)>鋇(Ba)>鍶(Sr)>鈣(Ca)>鈉(Na)>鎂(Mg)>鋁(Al)>錳(Mn)>鋅(Zn)>鉻(Cr)>鐵(Fe)>鈷(Co)>鎳(Ni)>錫(Sn)>鉛(Pb)>

22、;氫(H2)>銅(Cu)>汞(Hg)>銀(Ag)>鉑(Pt)>金(Au)。金屬的位置越排在前面，它的金屬活性越強(qiáng)。,(7) 力學(xué)特性,奈米材料由於高比例表層原子之配位不足與極強(qiáng)之凡德瓦力,使奈米複合材料之強(qiáng)度、韌性、耐磨性、抗老化性、耐壓性、緻密性與防水性大大提高,在複合材料之力學(xué)物理上有革命性之改善。,(7) 力學(xué)特性-科學(xué)小百科,材料力學(xué)簡(jiǎn)介 材料力學(xué)所探討的主要是材料受力的行為，這些力包括軸

23、力、剪力、彎矩、扭矩，而材料受力後會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部抵抗力，這些抵抗力通常係以單位面積的反應(yīng)量來(lái)計(jì)算，故有軸向應(yīng)力、剪應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、扭曲應(yīng)力四種對(duì)應(yīng)之。而材料受力就會(huì)變形或移動(dòng)，軸力的變形是伸長(zhǎng)或縮短，剪力的變形是以弳度為單位的平移量，彎矩則會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)角，扭矩則為扭轉(zhuǎn)角，材料力學(xué)除了探討這些基本的主題→力：變形，應(yīng)力：應(yīng)變外，不同性質(zhì)之力的合成問(wèn)題，彈性與非彈性問(wèn)題，力與變形間能量原理的應(yīng)用等問(wèn)題都在討論之列。,(7) 力學(xué)特性

24、-科學(xué)小百科,材料力學(xué)圖示,,,,軸 力,彎 矩,剪 力,扭 力,【表面效應(yīng)】,隨著顆粒直徑變小，在質(zhì)量固定的條件下，表面積表面原子所佔(zhàn)的接觸面積將會(huì)顯著地增加。在直徑大於 0.1微米時(shí)，顆粒的表面效應(yīng)可忽略不計(jì)，但是當(dāng)尺寸小於 0.1微米時(shí)，其表面原子接觸面積會(huì)激劇增大，甚至1克超微顆粒表面積的總和竟可高達(dá)100公尺見(jiàn)方，這時(shí)的表面效應(yīng)將不容忽視。,【表面效應(yīng)】,例如超微顆粒的表面具有很高的活性，在空氣中金屬顆粒會(huì)迅速氧化而燃燒。如要

25、防止自燃，可採(cǎi)用表面包覆或有意識(shí)地控制氧化速率，使其緩慢氧化生成一層極薄而緻密的氧化層，確保表面穩(wěn)定化。利用表面活性，金屬超微顆?？赏蔀樾乱淮母咝Т呋瘎┖唾A氣材料以及低熔點(diǎn)材料。,【表面效應(yīng)】-科學(xué)小百科,影響反應(yīng)速率的因素,【表面效應(yīng)】-科學(xué)小百科,超微顆粒的表面與大塊物體的表面是十分不同的，在電子顯微鏡的電子束照射下，由微小的電子尺度看巨大的表面原子彷佛進(jìn)入了“沸騰”狀態(tài)，但是，尺寸大於10奈米以後，便看不到金顆粒結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性

26、，微顆粒極易與其他原子結(jié)合，這時(shí)會(huì)具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。,【量子效應(yīng)】,當(dāng)尺寸低於一定值時(shí)，在介觀尺度的量子電子能態(tài)密度不同於一般塊材，其能態(tài)密度介於原子與塊材之間，具有類(lèi)似原子的能階，能級(jí)間的間距隨顆粒尺寸減小而增大。在實(shí)驗(yàn)上已經(jīng)可觀察到類(lèi)似原子能階的分離的光譜，此量子點(diǎn)的光、電、磁性質(zhì)不同於一般我們所熟知的巨觀性質(zhì)。量子點(diǎn)的能態(tài)密度隨著其尺寸大小而變，也就是說(shuō)光、電、磁性質(zhì)可以單純的由尺寸變化來(lái)改變。,【量子效應(yīng)】,打個(gè)

27、比方來(lái)說(shuō)，有臺(tái)戰(zhàn)艦朝海面開(kāi)了一炮，你不可能因此引起海嘯，在地球?qū)γ婧Ｉ系娜?，也不?huì)感受到海浪變大，但是，如果是朝著池塘開(kāi)火呢？甚至是馬路上的一灘水呢？那對(duì)整個(gè)池塘或一灘水來(lái)說(shuō)，變化是非常之大的吧。因此，當(dāng)物質(zhì)小到某種程度時(shí)，光、電（對(duì)那個(gè)「小」物質(zhì)而言它覺(jué)得那是一堆電子）、磁等外界的影響，對(duì)那個(gè)物質(zhì)點(diǎn)的作用就會(huì)和我們?cè)谏钪兴庇X(jué)的現(xiàn)象有所差異。在如此小的尺度下，古典理論已不敷使用，量子效應(yīng)(quantum effect)已成為不可忽

28、視的因素，再加上表面積所佔(zhàn)的比例大增，物質(zhì)會(huì)呈現(xiàn)迥異於巨觀尺度下的物理、化學(xué)和生物性質(zhì)。,【量子效應(yīng)】,以黃金為例，當(dāng)它被製成金奈米粒子(nanoparticle)時(shí)，顏色不再是金黃色而呈紅色，說(shuō)明了光學(xué)性質(zhì)因尺度的不同而有所變化。又如石墨因質(zhì)地柔軟而被用來(lái)製作鉛筆筆芯，但同樣由碳元素構(gòu)成、結(jié)構(gòu)相似的碳奈米管，強(qiáng)度竟然遠(yuǎn)高於不銹鋼，又具有良好的彈性，因此成為顯微探針及微電極的絕佳材料。,【量子效應(yīng)】 -深入閱讀,測(cè)不準(zhǔn)原理 這個(gè)理論

29、是一位德國(guó)物理學(xué)家海森堡所提出的，理論的大意是說(shuō)：「當(dāng)我們?cè)跍y(cè)量一顆粒子時(shí)，你永遠(yuǎn)不可能知道那顆粒子，在你測(cè)量的時(shí)候，它的確切位置?！怪奈锢韺W(xué)家愛(ài)因斯坦曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：「上帝不會(huì)玩擲骰子的遊戲。」換句話(huà)說(shuō)，愛(ài)因斯坦認(rèn)為自然界的現(xiàn)象是可測(cè)的，而海森堡則完全不認(rèn)同，有趣的是，當(dāng)時(shí)愛(ài)因斯坦已是家喻戶(hù)曉的大人物了，而海森堡只有20幾歲（哇！挑戰(zhàn)權(quán)威耶），但是最後證明海森堡是對(duì)的（愛(ài)因斯坦到死還是不能接受）。因?yàn)椋?dāng)我們用肉眼觀察一

30、顆粒子時(shí)，一定需要光，當(dāng)光照射到粒子，再反射之後被我們觀察到後，粒子已經(jīng)因?yàn)楣獾臄_動(dòng)而不知道跑到哪裡去了，所以，你所觀察到的粒子，是『過(guò)去』且被干擾過(guò)的粒子，而不是『現(xiàn)在』且安定的粒子了。愛(ài)因斯坦曾經(jīng)為此理論問(wèn)了一位小學(xué)生說(shuō)：『是不是只有當(dāng)你看月亮?xí)r，月亮才在那裡？』,【量子效應(yīng)】 -深入閱讀,量子穿遂效應(yīng) 在古典物理中，能階有不可逾越的絕對(duì)性，但是，在量子觀點(diǎn)中，粒子卻能無(wú)視能階這面大牆而穿過(guò)去……,三、過(guò)去、現(xiàn)在與未來(lái)

31、—奈米的歷史,人類(lèi)在地球經(jīng)歷了石器時(shí)代，銅器時(shí)代，農(nóng)業(yè)時(shí)代等進(jìn)展，亦經(jīng)歷神權(quán)時(shí)代，君權(quán)時(shí)代，至文藝復(fù)興時(shí)代，近代自然科學(xué)才被啟蒙發(fā)展。近代科技發(fā)展約為四百年前，十八世紀(jì)蒸汽機(jī)的發(fā)明帶來(lái)產(chǎn)業(yè)機(jī)械化，即為史上首次的產(chǎn)業(yè)革命，稱(chēng)為蒸汽機(jī)時(shí)代，繼而十九世紀(jì)產(chǎn)業(yè)電氣化，是為史上第二次的產(chǎn)業(yè)革命，稱(chēng)為電力時(shí)代。二十世紀(jì)第三次的產(chǎn)業(yè)革命，稱(chēng)為電子計(jì)算機(jī)時(shí)代。二十一世紀(jì)進(jìn)入奈米線寬，為第四次的產(chǎn)業(yè)革命，奈米電子時(shí)代。,三、過(guò)去、現(xiàn)在與未來(lái)—奈米的歷史

32、,工業(yè)革命,,,三、過(guò)去、現(xiàn)在與未來(lái)—奈米的歷史,奈米的靈感，起源於一位有名的物理學(xué)家-李查費(fèi)曼在1959年12月於美國(guó)物理學(xué)年會(huì)上所發(fā)表的一篇演講「物質(zhì)底層有大量的空間┘他在此篇演講中首次提到他不排除在原子的層次中製造物品的可能性，並且認(rèn)為當(dāng)人類(lèi)能夠在原子的尺寸上進(jìn)行操縱的時(shí)候，將得到大量獨(dú)特性質(zhì)的物質(zhì)，那時(shí)將會(huì)是一個(gè)嶄新的世界。 而在該場(chǎng)演講中，李查費(fèi)曼以此觀念，提出了四個(gè)重點(diǎn): 1.計(jì)算機(jī)微小化。 2.以人為方式重新建

33、立原子排列方式。 3.微觀世界下的原子與材料性質(zhì)。 4.如何將大英百科全書(shū)放入一大頭針頭那麼小的容積裡。,三、過(guò)去、現(xiàn)在與未來(lái)—奈米的歷史,根據(jù)費(fèi)曼先生的說(shuō)法，奈米科技是經(jīng)由奈米尺度下對(duì)物質(zhì)的控制，以創(chuàng)造利用材料、結(jié)構(gòu)、裝置或系統(tǒng)，奈米結(jié)構(gòu)世界由原子、分子、超分子等級(jí)的操控能力以生產(chǎn)具有新分子組織的較大結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)具有新穎的物理、化學(xué)和生物的特性與現(xiàn)象。奈米科技的目標(biāo)是去探討這些特性與現(xiàn)象，且有效的製造並利用這些結(jié)構(gòu)。,三、

34、過(guò)去、現(xiàn)在與未來(lái)—奈米的歷史,而目前科學(xué)家對(duì)奈米科技現(xiàn)象的觀測(cè)與研究，雖然已有半個(gè)世界的發(fā)展，然而之前的研究方向都是偏重在奈米科技、奈米元件以及物理、化學(xué)性質(zhì)上的理論模擬。一直到1990年開(kāi)始，奈米科技才有了明顯的進(jìn)步，不僅在產(chǎn)品的創(chuàng)新、或是既有產(chǎn)品的附加價(jià)值上，並且更進(jìn)一步的帶動(dòng)了新興應(yīng)用領(lǐng)域及產(chǎn)業(yè)的出現(xiàn)。奈米科技是從民生消費(fèi)性產(chǎn)業(yè)到尖端高科技領(lǐng)域中,與奈米相關(guān)的應(yīng)用科技。奈米科技涵蓋領(lǐng)域甚廣,從基礎(chǔ)科學(xué)橫跨至應(yīng)用科學(xué),包含物理、化學(xué)

35、、材料、光電、生物及醫(yī)藥等。,奈米在生活上應(yīng)用圖示,三、過(guò)去、現(xiàn)在與未來(lái)—奈米的歷史,奈米科技發(fā)展事件一覽表 詳見(jiàn)教材P28,分享與回饋,真要懂得奈米科技、發(fā)展奈米科技，需要的還是基礎(chǔ)科學(xué)的能力、培植基礎(chǔ)科學(xué)人才所謂奈米科技並沒(méi)有創(chuàng)造出新的科學(xué)原理，只是科學(xué)基礎(chǔ)的延伸做學(xué)生的紮實(shí)地學(xué)好基礎(chǔ)科學(xué)做老師的實(shí)在地教學(xué)基礎(chǔ)科學(xué)同時(shí)吸收奈米新知，分享他人,分享與回饋,您做好迎接奈米科技世界的準(zhǔn)備了嗎﹖﹗