Taiwan Nanotechnology Newsletter TNN Vol. II No. 1

12/4/2002, Chemical and Engineering News, 奈米科技這個最近科學上的大革命, 已經讓很多人開始擔憂, 而且一直在討論其可能的利與敝. 不管是奈米科技促進團體的關心, 是一本深受企盼科幻小說的出版, 或是即將公佈的環境研究的結果, 在在都對奈米科技革命所可能產生的社會衝擊, 保持著一個高漲的注意力. 結果是, 除了這個尖端科技所有樂觀的潛力外, 大家對這個科技革命應該如何進行, 都非常地戒慎恐懼, 尤其是有關公眾傳播的方面更是如此.

許多傳播和公共政策專家認為, 奈米科學家和支持者應該趕快開始努力來壓制對奈米科技不分青紅皂白的熱衷, 這是非常重要的. 他們認為如果沒有經過討論奈米科技可能的陷阱, 未來奈米科技的研發將遭受到極高的壓力, 以致於研究經費將不保, 研究進度將會因此遲緩, 甚至於在某些狀況下將完全停擺.

在Rice大學生物暨環境奈米科技中心的主任, Vicki Colvin認為, 對奈米科技來講有一個前車之鑑可以依循, 那就是DDT殺蟲劑. 過去由於美國的化學產業界拒絕去承認DDT對環境可能帶來的傷害, 因此他們就失卻一種很有效的產品, 尤其是對蚊蟲的控制和對蚊媒疾病的防止. 另外還有一些前例可以依循, 那就是核能和農業生物科技. 不管它們有多大公認的好處, 這兩種產業還是被公眾的壓力和法規的限制搞得裹足不前. 這種窘境顯示出公眾對安全上有負面感覺的威力, 尤其是那些沒有經過科學界認識到或是討論過的憂慮, 這幾乎可以將一個尖端科技完全毀滅.

ENTWINED (藤葛一起), 一根單壁奈米碳管被聚乙烯沘咯啶酮 (PVP) 包裹在裡面. Rice大學已經開發出一些技術, 能夠將一系列的聚合物包裹在奈米碳管的外面, 其中包括有DNA, 蛋白質和澱粉. COURTESY OF RICE UNIVERSITY

全球奈米科技的實力指標—以美國專利為基礎的國際性評比

12/20/2002, IOP electronic journal, 這篇論文是以美國1975到2000年的專利統計資料為基礎所衍生的科技實力指標 (TSI), 用來分析在美國於奈米科技上的專利資料, 並且用之來彙整出全世界前12名外來專利國家的國際排行榜, 這12個國家就是澳洲, 加拿大, 法國, 德國, 英國, 義大利, 日本, 韓國, 荷蘭, 瑞典, 瑞士和台灣. 因為這個指標不是直接可以觀察到的, 所以使用了一些方便性的變數, 譬如國家注重的科技專門指數, 國際性存在的專利分享, 貢獻於知識開發性專利的引用率, 以及有商業效益潛力的專利獲得率等. 結果顯示出, 表現最好的國家是法國, 其次是日本和加拿大. 而且結果也發現, 在奈米科技的專業度和實力, 在這些科技先進的國家中, 不是很均勻地分布, 科技的實力指標 (TSI) 顯示出在奈米科技的開發上, 每個國家都有其不同的開發重心.

奈米潛在未來:

台灣傳統產業積極尋求奈米革命的方向

12/27/2002, Nano Apex, 當台灣的東元集團和台灣日光燈公司以及其他許多的製造商, 使用奈米科技在提昇其產品時, 例如電冰箱, 風扇和衛浴產品等等, 台灣的整個傳統產業, 在未來的幾年裡面將會耗資每年美金5.8億以上, 來進行奈米科技的研發和應用, 而且這個趨勢將會一直繼續下去. 台灣國立東華大學的馬教授就說, 這種全面性針對奈米科技的應用, 將會對當地的產業產生一種前所未見的影響.

奈米科技可能用於環境的復育

12/11/2002, Environment News Service, 加州大學聖巴巴拉分校 (UCSB) 被給予120萬美元來開發新的技術和科技, 用來從事自然資源的保護和環境的復育. 這筆資助是洛杉磯慈善基金會W. M. Keck所給予的, 用來資助創立一個跨學術的生態科技研究計劃, 這將是一種全新而且積極的方法, 專門要來對付重要的保育問題, 例如被破壞棲息地的復育, 物種多樣性的維護, 以及被剝削利用族群的改善等等.

UCSB中, 從海洋科學學院和加州奈米系統學院有11個科學家和工程師, 現在正在合作要來找出如何幫助被破壞棲息地和物種恢復的有效機制, 尤其是在海洋的環境生態方面. 他們初期的研究將集中於一個海洋中最迫在眉睫的問題, 那就是全球性珊瑚礁生態環境的破壞.

微機電系統:

VERIMETRA公司獲得其第一個微機電感應器手術刀具專利

12/20/2002, Small Times, VERIMETRA公司發度消息說他們已經獲得其第一個專利, 此專利乃是在金屬手術切割儀器上加裝微機電的感應器, 使其成為多功能的智慧刀具, 可用於醫學上的顯微手術. 此專利是美國專利號碼第6,494,882號, 專利重點乃是將許多不同功能的微小感應器, 隱埋於醫學器具裡最有功效的地點, 而使這器具成為一種智慧型的器具. 其可應用上的器具包括鑷子, 抓握器, 收放器, 鑽孔器和其它用於心臟胸部手術, 牙醫和眼科手術的器具上. 他們所開發的微小感應器包括有力量, 壓力, 溫度, 密度, 距離和流量等等, 然後使用其專利保護的技術, 將這些感應器整合入各種的醫學器具裡面. 這些感應器可以增進手術的結果, 減少手術風險, 而且幫忙控制醫療成本. 它們基本上可以提供外科醫師下列的優勢: 有關器具的施力和運轉的即時資訊, 組織的密度, 溫度或是化學的即時資訊, 而且可以讓外科醫師可以更快更好地來準備組織, 切割組織和取出組織及體液.

多家公司都在競相開發終結恐怖戰爭的偵測技術

12/20/2002, Small Times, 全世界有幾十家公司, 還有許多國家實驗室和研究中心, 都競爭著要來開發出一種精準的, 而且能夠一直在線上運轉的偵測器, 用來偵查出在包裹中, 建築物中和自來水系統中, 極些微的碳疽菌, 臘腸桿菌, 黑死病, 天花和兔熱病等. 在許多這些開發中系統的心臟都是利用微機電為其技術, 來設計出可以聞出這些致命生物戰劑的元件. 這些元件將可以用來替代目前使用來偵測危險性微生物的那種既昂貴又複雜的設備.

現在已經開發出來的產品中, 大部分是使用抗體來偵測生物危險性物質的存在. 但是目前這些系統都還不是大家理想中想要的. 大家要的是一種像煙霧感應器一樣的生物危險感應系統, 一般市井小民都會安裝, 而且一旦一感應到化學或是生物性的感染, 馬上會發出警訊. 這種理想中的偵測系統可能還要幾年才能被開發出來, 因為如果要達到這種如煙霧感應器的夢想, 下一代的生物感應器就必須要使用較快而且較簡單的方法, 來對含有病菌的水和空氣採樣. 美國加州的NuGen公司認為他們有一種比聚合酵素連鎖反應 (PCR) 更好的方法來發現生物毒素, 而且他們已經獲得美國國家衛生署的經費來開發這種技術. 這種技術就是所謂的單一引體等溫增幅法 (Single Primer Isothermal Amplification, SPIA). SPIA會比PCR更精確而且更容易自動化, 因為它不像PCR, 它可以直接從樣品中複製DNA, 而且不需要不同溫度的循環程序.

Photo courtesy of Alexeter Technologies

Alexeter科技公司的 Bio Threat Alert Test Strips就好像在做懷孕測試一樣. 它們是以抗體對特定生物毒素的反應來偵測的.

Photo courtesy of Smiths Detection

Smiths Detection公司的 Bioseeq手持 PCR偵測器是使用PCR技術來偵測病毒和病菌, 可以在20分鐘內得到結果.

Photo courtesy of NuGen Technologies

NuGen公司的SPIA產品是第二代的生物偵測器, 因為它可以直接從樣品中複製DNA, 而且不需要不同溫度的循環程序..

歐洲的研究說只有大型的光電子公司可以生存

12/27/2002, Small Times, 歐洲Yole Development 的研究說歐洲超過100家光電元件供應商中, 因為其中很多是小型的科技公司, 因此在中期的未來, 只有百分之15的主要玩家, 屬於較大型的光電子公司可以生存. 這家位於法國里昂的研究公司, 在其最近的研究中針對大約90家歐洲的光電元件公司抽樣調查剖解分析, 他們的結論是這塊產業現正面臨一個極快速的整頓.

這個研究的主要負責人Eric Mounier說, 這種僅在兩年前被認為是微機電和微光機電應用上面極有前途的光電子超級武器, 現在卻變成一個超級的被謀害者. 而且市場上有太多新興的公司, 僅有一種產品推出. 其它產業的觀察家也有同樣的觀點, 他們認為有過多的錢一窩蜂地投入了朝向光纖應用的公司. 未來僅有光電子的大玩家才有可能生存下去, 他特別提到如Intel, 從2002年初就在這個領域極為活躍, 還有剛經過公司重整且來勢洶洶的JDS Uniphase公司, 以及一家英國大學獨立出來而且到處併購的Bookham科技公司.

MICROLAB準備要推出其RF的微機電開關

12/23/2002, Small Times, 在上個夏天剛剛將有經驗的管理團隊組好, 以及將製造生產的條件談好的MICROLAB公司, 現在已經準備好要在2003年年初, 將其開發出來的電磁無線電波頻率的微機電開關, 向市場上推出. 這家公司新到任的執行長, Bill Sheppard, 是高科技界的老鳥, 曾經也是Intel公司的副總裁相信, MICROLAB公司的核心科技將是獲得資金挹注的主要因子, 因為這技術是一種突破性的技術, 是一種新的方法而且成本又低效能又佳.


MICROLAB公司的總執行長Bill Sheppard	MICROLAB公司MagLatch開關可以在沒有消耗更多的電力下保持開或關的位置.	MICROLAB公司的總裁Ben Naskar, 他說數位電子正在朝向無線化, 而它們都需要一種高效能的開關

LIGHTCONNECT公司將在中國大賣其微機電產品

12/19/2002, Small Times, 基地在美國加州的一家光電網路微機電元件和模組供應商, LIGHTCONNECT公司說, 他們將供應一種動態增強均衡器 (dynamic gain equalizer) 給一家中國最大無線通訊設備製造的上市公司. LIGHTCONNECT公司說他們的動態增強均衡器, 將為中國的ZTE公司省下許多系統上的成本. 中國的ZTE公司也將成為第一家光電元件製造公司, 在其長途的轉運系統中使用這種新的科技. 同時中國的ZTE公司在11月時, 也和加州聖地牙哥OMM公司達成協議, 要將其微機電開關的次系統, 整合入其都會的通訊系統中.

奈米材料科技:

ORMECON在培養有機金屬來用於顯示, 塗裝和油漆

12/17/2002, Small Times, 就好像有機水果對健康有益一樣, 有機金屬似乎對環境生態也較有益處. 如果一些創投專家沒有錯的話, 這些有機金屬材料將會是對獲利這個底線來講是有利基的. 全世界第一家商業生產這種特別的導電聚合物的公司就是Ormecon公司, 其公司名字就是從有機金屬, organic metal來的. 有機金屬就是一種會導電的聚合物. 它是一種高度工程化的奈米結構材料, 是由有機建構方塊所製成的, 一般都含有碳, 氫, 氧和氮. Ormecon的產品是屬於微小科技類中的奈米粒子, 這種產品的市場目前每年的成長率是百分之12.8. 到2005年, 其市場規模將會達到美金9億元.

Ormecon的產品中的粒子或是微晶粒的大小約是10奈米, 其製程的研發已經耗了超過20年. 這些奈米粒子不同的地方就是它們是分散於各種不同的液體裡面. 當其他科學家都試著要將奈米粒子溶在溶劑裡面時, 他們卻認為必須將奈米粒子, 在液體或是聚合物中擴散成一種超微細的懸浮液.

目前Ormecon的產品已經有被多公司採用在各種不同的產業上, 其中有印電路製造商用它來替代金或是錫的塗裝, 造船公司用它來當船體抗腐蝕的漆料, 而下一代面板顯示器公司用他要來開發出一種極便宜而且解析度高的顯示器. Ormecon同時也有在賣防護電磁波的塗料, 製造商將之用在行動電話的塗裝.

Photo courtesy of Ormecon

這是一張掃描穿燧顯微術的影像, 秀的是那些組成有基金屬的10奈米粒子.

Photo courtesy of Ormecon

Ormecon's塗料的傳統工業上的應用, 例如用於抗腐蝕的油漆和塗料.

台灣工研院化工所建立超重力分離和奈米粉體製程技術

12/31/2002, 電子工程專輯, 工研院化學工業研究所宣佈, 在新一代超重力技術的研發工作上, 已開發出新型超重力設備, 並將其應用於化工分離與奈米粉體製程上. 未來化工所將延續並擴大現有成果建立「超重力工程研究中心」, 以超重力核心技術, 提供國內廠商相關技術及系統之規劃.

化工所此次發佈的新成果包含了：高剪力超重力機、低沸物高效脫除技術、臭氧吸收氧化技術等. 其中高剪力超重力機、低沸物高效脫除技術正申請專利中, 而臭氧吸收氧化技術已可達每小時處理百噸廢水的廠化規模, 目前已有多家廠商與化工所簽約技轉設備平台或技術應用.

奈米晶片科技:

奈米壓印蝕刻技術已經蓄勢待發

12/26/2002, Electronic Engineering Times, 一種具潛力且低成本的技術已經要進入市場了. 這種技術被其熱衷支持者帶感情地稱之為擠壓和快閃, squish and flash. 已經有三家廠商發布消息甚或推出這種技術的工具, 其正當的名稱應該為奈米壓印蝕刻技術, nanoimprint lithography. 而且這項技術的概念已經在美國, 歐洲和日本的研究機構中, 贏獲了極大的興趣和注意.

奈米壓印蝕刻技術乃是使用聚合物, 通過一個1比1的進接光罩, 當暴露於紫外線後而硬化成型的. 在樣板上的圖樣是使用電子束系統, 以和晶圓片上同樣的線條寬度來寫入的, 而一般光學蝕刻技術則可能是會用4倍的縮影來寫入. 分子壓印公司 (MII) 下個月將會推出一種開發工具, 就是Imprio 100, 其價錢是2百萬美元, Nanonex公司則會推出奈米壓印蝕刻技術工具, 其價格範圍在美金30萬到70萬之間, 還有掃描電子顯微儀公司Obducat AB公司也計劃要推出奈米壓印機器.

壓印蝕刻技術成本上相對是比較便宜, 因為此技術閃掉了昂貴的光學部分, 以及那些麻煩的增進技術, 例如相轉移的光罩技術. 這種奈米擠壓和快閃技述成本會比現在的進階和掃描, step and scan, 的技術要便宜很多. 目前MII這家從德州奧斯丁大學衍生出來的公司, 正在和摩扥羅拉公司的研發實驗室緊密合作, 要來從事樣板的開發. 有人認為摩扥羅拉可能會是MII的第一個客戶.

同一主題的不同角度報導請參閱12/20/2002的EE TIMES.

在傳統的光蝕刻技術中, 其光阻物會被一種溶劑來完全溶解, 然後其暴露出來的二氧化矽再用化學方法來將之蝕刻掉. 而最新的 'squish and flash' 壓印蝕刻技術乃是使用聚合物, 以1比1的樣板, 經過紫外線的照射後硬化成型的.

熱躁會威脅到姆耳定律的有效性

12/20/2002, Nanotech Web, 半導體產業依循著姆耳定律的成長已經經過大約40年了, 甚至於現在還有一些半導體專家深信, 姆耳定律至少還有20年以上會繼續有用. 但是德州農工大學的Laszlo Kish認為, 那些會隨著電路越小而越增加的熱躁, 可能會讓姆耳定律提早來壽終正寢.

Kish相信未來任何在電腦晶片上電路密度的增大, 將會加速地因著熱躁而提早到達一個極限密度. 這個電路密度的極限, 在40奈米以下的晶片上將開始作怪. 所以如果快的話, 可能在6年內就可以看到其引發的問題. 這些問題都是由一個熱力學上的一個基本流程所導致的, 就是熱躁的增加或是Johnson-Nyquist躁電壓的增加. Kish雖然沒有真正地指出電晶體尺寸的實際極限, 但是他強調供應電壓的邏輯門檻電壓, 是不可能被減小到某一極限值. 熱躁會激發位元的錯誤開關, 而且這會隨機發生的, 因而使得確認和控制它們的工作非常地困難. 要防止位元的錯誤開關的情形, 僅有靠我們停止繼續增加電路極成的密度. Kish認為搞不好現在在較先進的積體電路上, 這些熱躁已經在製造一些要命的衝擊了.

膠體的金子島可以形成單電子的電晶體

12/18/2002, Nanotech Web, 台灣大學和中央研究院的一群科學家, 已經從金子膠體島和C60衍生物的連接上, 製造出單電子電晶體和記憶體. 這群科學家結合了由上而下的電子束蝕刻技術, 以及由下而上的奈米相材料合成技術來開發出這套設備. 中央研究院的ChiiDong Chen說, 它們的實驗代表著邁向分子電子上的一個重要的步伐.

他們是使用電子束蝕刻技術來造出兩個金電極, 其寬約略是160奈米, 中間分開的間隙約是15奈米. 這兩個電極一旦被金膠體島橋接之後, 就會扮演source和drain的角色. 而為了要製造出橋接電極的奈米粒子, 在此電極上他們交互地使用了兩種溶液, 一種是含有C60衍生物的溶液, 另一種是含有奈米金粒子的溶液. 這會使得C60粒子附著在金電極上, 然後會有一維的金膠體粒子鏈連接在電極間, 而由C60分子來隔開. 這些金膠體粒子的粒徑約14奈米. 另外在約離開400奈米的地方放置一個閘電極, 同時也附著有C60鏈和金奈米粒子, 來充當電荷儲存體. 這種單電子元件可以用來偵測和儲存電荷, 例如當光子或是化學反應造成電荷上的改變時, 可以偵測其激發情形. 而其儲存電荷的能力可以用來降低記憶體的耗電量. 利用同樣的設備, 他們也希望能用來研究含有磁力粒子的單電子電晶體運送特性.

Measuring devices
右邊是中央研究院的陳先生和左邊台灣大學的吳先生正使用一台稀釋冷凍器來進行低溫下運送的量度.

用電化學替代法來製造奈米粒子薄膜

12/20/2002, Nanotech Web, 美國普渡大學的科學家已經可以從金屬鹽溶液中, 使用電化學替代法來在半導體晶片上面, 製造出金, 鈀和鉑的奈米粒子薄膜. 這群科學家是用光蝕刻技術, 微接觸印刷術和浸筆式奈米蝕刻技術來製造出這些薄膜的圖樣. 普渡研究員Lon Porter說, 要在半導體上產生奈米粒子很簡單, 你只要將半導體進入這種溶液中, 然後只要等一下就行了. 雖然一開始你用的是不值錢的化學溶液, 但是最後你得到的是一層奈米金粒子, 其純度和金塊一樣.

這群科學家從稀釋的氯化鹽溶夜裡, 將這些薄膜沉積於鍺, 銅, 鋅和錫的機板上. 這項技術可以應用在製造奈米粒子和金屬或是半導體的介面, 以及高表面積的催化劑. 他們不知道他們的發現的第一個應用會是什麼. 但是它們希望那些發很多錢在晶片介面的半導體公司, 能夠好好地利用它們發現的技術. 同一主題度同角度的報導請參閱EE Times 12/18/2002的新聞.

在普渡大學開發出來的製程中, 將半導體進入一種金屬癌的溶液裡面後, 奈米粒子會逐漸地在一塊光禿鍺的基板上形成, 圖的上方.

奈米電腦和記憶體科技:

科學家探索碎形磁力來當記憶體

12/19/2002, EE Times, 在俄亥俄州立大學對磁性聚合物材料的研究, 衍生出一種新型的磁力, 其間具有碎形磁場的特性. 塑膠分子以一種平行鏈的方式堆磊, 會在奈米尺度上呈現出碎形的維度. 科學家現在正試著要對此聚合物在華氏-450度下, 研究其行為. 於今年年初, 他們在一種聚合物中發現了光誘發的磁力. 現在他們預測, 當此聚合物的尺寸收縮時, 其磁場的磁力維度將會變成碎形. 他們相信這些聚合物最終將可以用來製造出用光可以控制的磁性材料, 可用來生產新一代的電子儲存記憶元件.

在碎形的系統中, 體積的增大不是僅和其整數維度的次方成正比, 例如二次方或是三次方等, 就如同在一朵雪花中冰凍的水, 其體積的增加是以雪花直徑的一個分數次方而增加的, 這就是一種碎形系統. 呈現碎形維度的磁場, 將不會依循正常的磁場定律, 僅會被磁場定律依其維度而受到比例性的影響. 科學家發現這種新的聚合物具有一維的聚合鏈, 用此製造出來整塊的材料, 其碎形維度是0.8和1.6.

奈米管, 奈米鬚, 奈米纖維和奈米球的進展:

調節奈米碳管的共振頻率

12/23/2002, Physics News Update, 奈米碳管的共振頻率的調節, 可以藉著變化施於奈米碳管和一個對應電極間的電壓來達成. 這已經在許多根培養在鎳金屬支撐針尖上的奈米碳管中試驗成功了. 奈米碳管的自然共振頻率就是指當奈米碳管會以及大振幅震盪的頻率, 這種震動可以直接藉由觀察電子從奈米碳管末端噴出的樣式就可以看得出來, 就好像水從一根晃動的水管噴出的樣子一樣. 這種震盪是由對其中的一個電極多施加一個具有正確頻率的正弦電壓所產生的. (參見下圖) 這種技術可以讓科學家又多了一個方法來操控奈米碳管—這種有極大潛力的多功能材料. 如果能夠細心地激盪和調節奈米碳管的頻率, 奈米碳管可能會變成未來奈米尺度震盪電路, 奈米天秤和奈米力感應器的核心.

多壁奈米碳管共振激盪實驗的示意圖. 奈米碳管是在鎳金屬的針尖上, 而且是藉著對兩個陽極間施加一個震盪電壓來使其產生震動. 從奈米管末端噴吐出的電子, 提供了一個奈米管震動的紀錄, 由此紀錄就可以看出奈米管的機械性供振頻率. 針尖到陽極間距是2mm, 針尖到屏幕的距離是3cm.

時代雜誌遴選年度最酷發明之一—奈米衣物

12/26/2002, Small Times, 想像說你一邊喝拿鐵一邊開車要去上班, 前面的傢伙突然間煞車. 你為了避開擦撞也只好緊急煞車, 弄得拿鐵到處飛濺. 濺出的拿鐵把你的上班衣服搞得面目全非, 然而你已經離家30分鐘遠, 不可能回家去換衣服了.

以後這種狀況發生時, 你可以不再詌醮了, 假如你有用奈米科技的護衛, 你就沒有問題了. 這種新發明的奈米衣物, 也是美國時代雜誌遴選出的年度最酷發明之一. 用奈米科技處理過的衣物, 液體就不會穿透它們. 這乃是一種將紡織品中的每一個纖維, 以奈米鬚塗裝的製程. 於是液體就會轉變成珠狀, 而從衣物表面彈掉. 許多家服飾製造商已經在使用這種製程, 來使其纖維的四周有一種隱形的護衛功能. Nano-Tex公司目前將這種所謂的智慧型纖維共應給許多家名牌服飾公司, 他們認為他們已經在奈米尺度上操控纖維的結構了.

NANOMIX公司要讓其公司名字與其於奈米科技的成功同義

12/18/2002, Small Times, NANOMIX公司的總執行長Charlie Janac認為未來他們的公司將成為奈米科技第一熱門的公司, 也就是讓大眾對其公司都能耳熟能詳. 讓童叟皆知不用多問, 這也是此公司的營運目標. NANOMIX公司已經開發出一種可以用來當作化學感應器的奈米碳管結構的製造方法. 他們同時也在開發氫燃料儲存槽. NANOMIX公司最強的實力就是使用理論模型來預測奈米結構的行為.

Janac認為NANOMIX