台灣奈米科技新聞信, Vol. II, No. 8, 4/16/2003

第二卷 第八期 TNN 綱目


奈米人文政治和法規

台灣中部科學園區招商熱絡 恐僧多粥少  /  逢大奈米中心已陸續開發80餘種相關產品或原料  /  
 
產業奈米技術應用促進會今天啟動 /  觀念可能會是奈米科技發展中的最大敵人  / 
 香港奈米科技計劃已經開始產業轉移了  /   美國芝加哥的律師樓正式推出奈米科技的服務業務
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微機電系統

美科學家研製能直接安裝到晶片中的奈米雷射器  /   無鹵素電磁波控制薄膜在日本開發成功   /
 
超越阿童木 奈米技術是關鍵  /   配備奈米「大腦」,融入泛在社會  / 
 光線馬達可能可以解決微機電系統供電的困境  / 

奈米材料科技

釣具製作 奈米科技派上場  /   研究取得突破進展 超疏水性奈米纖維問世  / 
 具有重大意義的影像  /   NANOPHASE
科技公司推出新的奈米材料  /

奈米晶片及奈米電子科技

以亂度排列的奈米管來當電晶體 /  製造奈米點的一些訣竅  / 

奈米管, 奈米鬚, 奈米纖維和奈米球的進展

聚昌科技研發奈米生產設備  /  科學家鑄造單晶體奈米管  / 
 
一次能製造好幾千根氮化鎵單晶奈米管的新技術  / 
 奈米碳吸管引發新的研究領域  /   奈米管網絡可以用來模仿人腦  / 

奈米醫學和奈米生物科技

奈米光觸媒隔絕病毒 廠商忙生產  /   用分子力探針來研究蜘蛛絲  /  
用酵母菌的蛋白質來製造奈米線  /   利用微射流技術來找出最會游泳的精子  / 
 DNA
讓分子馬達運轉不停  /   Clinomics生命科學公司獲得美國冰凍組織微方陣的專利  / 
 美國加州大學要創造出可以阻擋濾過性病毒的量子點  / 

奈米新技術和新產品

玻璃不再僅是「透明」的  / 

搏君一讀項目

我們現在該製造些什麼  /

奈米人文政治和法規:

4/10/2003,台灣經濟日報 中部科學園區推動委員兼招商組執行秘書陳明德昨 (9)日說,中科招商熱絡,6月初步核定進駐廠商名單估僅登記總數的三分之一,他開玩笑的說,擔心屆時會被沒能進駐的廠商「丟雞蛋」。

國科會副主任委員黃文雄表示,只要是關鍵零組件,或製造品質、性能優異產品廠商,大致可以進駐中科。 陳明德表示,長久以來,中部就是精密機械、航太、金屬加工、光學、光電、醫療器材等產業大本營,藉由中科的「產業奈米化」主軸,將可與原有技術接軌,加速中部產業轉型與升級。中興大學研發長徐堯煇說,配合中科發展需要,興大已成立「中科技術服務中心」,包括生物科技、奈米科技、精密機械、孟堯晶片中心等,將提供所需人力及技術。 身兼全國工業協進會副理事長的陳明德說,台中市長胡志強有國際觀,配合台中縣長黃仲生的本土情,沒有人會再說台中縣市反商,而中科聚焦奈米等產業,發展潛力很大,前行政院長蕭萬長也鼓勵親友前進中科。

探討中科人才培訓、創新育成與技術研發議題,黃文雄說,人才不只是看專業能力,敬業精神也很重要。國科會已有「千里馬計畫」將選送大批博士生出國深造,並延聘國際級大師來台授課,培育高級人才。 逢大資訊電機學院院長邱創乾說,近年專科學校改制技術學院及新設院校增加,學士畢業科技人力供給大量增多,但業界對科技人力素質要求日高,未來多數學士科技畢業生將會供過於求。 邱創乾表示,目前不少公司徵才,已以碩士程度為門檻。他說,面對資訊化社會,就業市場所需科技人力將偏重研發及高級人力,雖然學士程度人力供過於求,碩士以上則供不應求。 東海大學管理學院院長林財丁說,有效吸引人才比自己培育人才更迫切,「楚才晉用」往往能找到好人才。即使是美國矽谷,也並非多數自行培養所需人才。 環隆科技董事長歐正明指出,史丹福大學師生積極參與,是矽谷發展的一大動力,台灣限制教授、老師不能擔任企業董事等職務,則有礙產業發展。因若僅聘為顧問,無實際責任未必會深入。如能讓師生投入業界、參與經營,也就是「潦落去」,成果會更好。

逢大奈米中心已陸續開發80餘種相關產品或原料

4/10/2003,台灣經濟日報,配合中部科學園區開發進程、引進奈米產業需要,逢甲大學去年底成立的奈米科技研究中心,已陸續進行80餘種相關產品或原料的開發,未來將扮演中科發展奈米產業要角。

4/10/2003,台灣經濟日報,奈米國家型計畫主持人、也是工研院副院長楊日昌指出,為形成產業群聚效應,工研院在經濟部技術處支持下,將於10日啟動「產業奈米技術應用促進會」服務業界,而且短短幾周內,就有近百家廠商,擠爆今年預定招募的名額。 在奈米國家型計畫穩步推動下,政府估計台灣的傳統產業於2005年時,就可締造700億元的奈米產值,而到了2008年時更可望躍升到3,000億元的驚人規模。以下是楊日昌接受專訪摘要:

答:「產業奈米技術應用促進會」今年招募100家會員,區分為一般會員與進階會員二類。今年會費從4月至12月為止,一般會員會費為3萬元,進階會員為12萬元。進階會員除享有一般會員的所有權利外,還可獲一得促進會針對其特殊需求,所提供的相關技術與應用商機服務。


微機電系統:

美科學家研製能直接安裝到晶片中的奈米雷射器

現在,雷射器已被廣泛應用於電視通訊領域,例如用於醫學,但是雷射器的尺寸如能減小幾千倍,則可以使它們的應用範圍驚人地擴大。現有的雷射器尺寸太大,因些無法將它們直接安裝到晶片中去,但是對於奈米雷射器,這樣的問題不再存在。有些研究團體已能製成奈米雷射器(其中包括2001年用氧化鋅製成的第一個奈米紫外線雷射器),但是它們的接通和斷開需要光抽吸,抽吸時要利用另一台雷射器的輻射。同時雷射器還需要很多附件,使用很不方便。

李伯爾博士的研究小組在硫化鎘奈米纖維基礎上研製成功的雷射器可以分佈在矽片上,電接觸通過塗覆奈米纖維表面的金屬導體層實現,在加上一定電壓時會有電流通過這種結構,而奈米纖維末端開始發出波長約為490微米的藍綠色鐳射。當電流達到一定值,發出的鐳射會變成幾乎是單色光,單色光是感應式鐳射的可靠特徵。其他的半導體材料,例如氮化鎵和磷化銦,能產生更寬波段的鐳射--實際上可覆蓋從紫外線到紅外線整個波段。儘管還有一系列問題沒有得到解決,可是哈佛大學的科學家認為,新型奈米雷射器在一系列領域--如化學和生物感測器、顯微鏡和鐳射外科中的應用前景十分看好。

無鹵素電磁波控制薄膜在日本開發成功

4/7/2003,日經社BP網200347日是日本已故漫畫大師手塚治蟲創作的「鐵臂阿童木」的「誕生日」。但是在現實中還看不到阿童木。難道阿童木就只能停留在「夢想」上嗎?當然不會是這樣,因為研究人員和科技工作者正在某種意義上創造出超越阿童木的機器人。奈米科技是其中的一個關鍵。要想提高機器人的「頭腦」、「身體能力」和「感覺器官」等,奈米科技是必不可少的。

為期4天的機器人博覽會「ROBODEX 2003」已於43日在日本橫濱市橫濱Pacifico會展中心開幕。今年是第三屆,包括19家企業在內總計有38家單位和團體展出了90多種機器人(上一屆為29家單位和團體,72種機器人)。而且在展會結束之日即46日,還將舉辦阿童木誕生前夜紀念活動。  由大阪大學研究生院工程研究科於2001年成立的阪大尖端研究機構將在阿童木誕生日即47日在大阪市中央禮堂舉辦「慶祝阿童木誕生紀念演講會」。手塚本人就畢業於大阪大學。除這些活動外,由於正好趕上日本的春季假期,因此日本全國各地將相繼舉行與阿童木有關的活動。

那麼,現實生活中機器人的開發是否已經發展到了足以實現阿童木的程度了呢?明確的回答是「No」。研究人員和科技工作者本來也並沒有將阿童木視為現實中機器人開發的具體目標。儘管他們確實將阿童木看作一種象徵性的「里程碑」,並且作為研究開發的強大推動力,激發出了他們追求「夢想」的巨大熱情。  研究人員通過以實際應用為目的的開發,創造出在某種意義上超越了阿童木的機器人。這些機器人不一定就是人形機器人。200254日日本專利局公佈的專利申請技術動向調查報告《機器人》中預測,2010年以後這種機器人將正式投產並進入人們的日常生活。  要想使這種預測變成現實,利用奈米元件提高智能、利用奈米材料以及使用這些材料的新能源元件提高機器人的「身體能力」、以及應用奈米生物傳感器等產品提高機器人的「感覺器官」和通信能力將是不可缺少的。

配備奈米「大腦」,融入泛在社會

4/9/2003,日經社BP,「可以說機器人開發中6成以上與計算機有關」。三菱重工旗下的神戶造船所新產品/宇宙部副部長長島是在介紹機器人開發比重時表達了上述觀點。長島是「wakamaru」機器人(照片1)的開發負責人,在此次「ROBODEX 2003」(展會期間:200343日∼6日、展會地點:日本橫濱Pacifico會展中心、官方站點)上wakamaru是最受注目的新型機器人之一。

長島強調說:「理想的機器人必須擁有與超級計算機相媲美的計算性能」。當然,目前的機器人還不可能背著一台超級計算機到處跑。但是,如果採用奈米科技開發出超高集成度的奈米元件,將目前與超級計算機相媲美的機器人「大腦」做得和移動個人電腦一樣小,就不是不可能了。   對於獨居的老人而言,wakamaru可以像家人一樣起到「交流夥伴」的作用。既可以利用酷似人類的上半身比劃著用聲音交流,還可以看門。移動時使用利用左右兩邊的兩個輪子驅動,前後還各有一個輔助用的萬向輪。該公司認為:「考慮到家用的安全性,輪式設計目前最為穩妥。雙足行走機器人還無法完全確保安全性」(長島)。  另外,wakamaru還是一個「實際代理人」,可以通過通信網絡、在個人電腦屏幕上亮相、起到「代理人」的作用。wakamaru還可以守衛家中的安全,具有一旦檢測到異常情況就會通過網絡對外報信的功能。不過,機器人本身僅僅具備用於控制運動功能的計算機。三菱重工計劃自2004年春季開始提供100200台樣機,2005年投產。並準備把投產時的價格控制在100萬日元左右。

身高38cm、體重2.4kg的雙足行走人形機器人「morhp3」(照片2)的開發者古田貴之也對超高性能計算機的小型化寄予了厚望,並表示:「希望在機器人上採用具有高級識別和判斷功能的計算機。但目前還只是在控制行走等運動機能方面使用了計算機」。 古田是日本科學技術振興事業團ERATO(創造科學技術推進事業)北野共生系統項目(研究期間:199810月∼20039月)的共生智能研究小組負責人。2001年受該項目負責人北野宏明的器重,參加了該項目。此前古田作為日本青山學院大學理工學系的助手獨自從事小型雙足行走人形機器人「Mk.系列」的開發工作。從那時起,他就被看作是僅次於在雙足行走機器人研究開發領域中居於世界領先水平的本田和索尼之後最具代表性的青年研究人員。

morhp3儘管「個頭」不大,但卻具有優秀的運動能力,比如可以平穩地雙足行走,在跌倒時可順勢倒下並自個站起來。今後「準備將其身高增加到1m左右。而且利用現有的計算機還能夠順利地控制其運動機能」(古田)。用於運動機能控制的CPU尺寸約為10cm見方,與NEC電子(總部:川崎市)等公司共同開發而成。  但是,通過識別和判斷外部環境來運動等更高級的運算處理則由外部工作站負責,然後通過藍牙無線通信發送執行命令。不過眼下還無法實現自然的人機交流。  對於旨在實現超級計算機的超高集成度奈米元件開發而言,可以隨時隨地隨心所欲地使用信息通信網絡的「泛在社會」是其最終目標之一。但還有另一個更宏偉的目標擺在研究人員的目前,那就是如何開發出能夠與人類進行自然交流的更高級的機器人。

光線馬達可能可以解決微機電系統供電的困境

4/4/2003Small Times,美國芝加哥大學的物理學家已經成功地量度出由一種小光環,也就是所謂的光學漩渦,optical vortices上所帶有的角動量,這對駕馭它們的能量來供電給微機電系統元件上,可以說是邁出一個重要的一步。芝加哥大學的物理學系教授David Grier和其先前的一個博士研究生Jennifer Curtis,目前是德國Heidelberg大學的研究員,共同在4/4/2003 Physical Review Letters學術期刊上發表他們研究的結果。

產業觀察家認為微機電系統的發展,藉著將矽晶架構的微電子系統和微機械科技結合在一起,最後將可以導致奈米機器人,晶片上的實驗室等的生產。但是其中最棘手的就是,這些微機電系統都需要一個動力馬達。雖然目前已經有許多相當不錯的微機電系統馬達的設計,其中包括有晶電驅動器和磁力驅動器等。然而這些設計都有一個共同的問題,那就是它們都運轉得有點慢,而且它們都磨耗得非常非常地快。而現在這種光漩渦的馬達設計,則不需要去微製造出微形馬達。事實上,這種技術是不需要有任何的動件,只要將光漩渦投射在一個要驅動的元件上,這個元件就開始發動了。


奈米材料科技:

釣具製作 奈米科技派上場

4/7/2003,台灣民生報,布線是目前釣友使用最普遍的釣線,較高級的布線,大都國外進口,國內的廠商急起直追,「太平洋釣具公司」就運用奈米科技進行布線的表面加工,製成「超級布線」,耐用性及拉力都大幅提高。

4/8/2003,中國東方網,中國科學院化學所研究員江雷博士及其研究小組在超疏水性奈米界面材料方面的研究又取得突破性進展。他們利用一種雙親性的高分子聚乙烯醇為原料,制備了具有超疏水性表面的奈米纖維。

據介紹,通常的疏水材料是用疏水性分子制備,而聚乙烯醇分子是親水性的。此次制備的聚乙烯醇奈米纖維,由於聚乙烯醇分子在奈米結構表面發生重排,疏水基團向外,分子間氫鍵向內,使得整個體系的表面能降低,從而表現出超疏水性。  浸潤性作為固體表面的一個重要特徵,無論在人們的日常生活還是實際的工農業生產中都發揮著重要作用,因此引起了人們的普遍關注。江雷博士及其研究小組長期從事奈米結構的表面與界面的研究工作,目前已制備出多種具有特殊浸潤性的奈米界面材料。在疏水材料研究方面,他們曾首次向外界報道了經氟化處理的碳奈米管膜具有超雙疏性(同時疏水疏油)的成果。此次又在該研究的基礎上,利用一種新方法,以普通高分子聚丙烯?為原料,制備出了無氟超疏水性奈米纖維,研究結果表明,奈米結構對超疏水性起到重要作用。

具有重大意義的影像


高解析度的掃描穿隧顯微術(STM) ,在對超導體Bi2Sr2CaCu2O8+的表面上所獲得的電子狀態區域密度變化的影像。其中包括有在實際空間(r-space)和動量空間(k-space)的影像。

4/10/2003Material Update,從科學界發現高溫銅化物的超導體之後,雖然已經又經過15年以上的研究了,可是那些隱藏在這些材料底下的超導電性質的機構原理卻還是一個沒有被解開的迷團。現在有一個針對一種準粒子,quasiparticle的攜帶電荷狀態的本質的研究,這種狀態一般都會伴隨著高溫超導體的超導電性的開始發生,科學家希望能藉此研究而能加速對超導電性質的機構原理的更進一步的理解。

發表在本星期的 Nature裡, Kyle McElroy和其研究同僚使用了掃描穿隧顯微術(STM) 來探索這些存在於超導體Bi2Sr2CaCu2O8+的奈米尺度上電子結構的差異間的類似波狀的相關性。在此研究中,他們試圖要來解釋有關在高溫超導體中,所觀察到的兩種帶電荷相間的本質中,那些存在許久的疑問。

在簡單的微晶固粒裡,帶電荷物,例如電子或是電洞,一般不是以粒子狀,就是以波狀的本質存在。如果以粒子狀態存在,這些帶電荷物就較容易在空間中緊密地定在一位,它們的波函數部會延展超過一個單一瑕疵原子或是一小群原子的位置。相反地如果以類似波的狀態存在,它們的波函數就會延展道一個很大的距離,一般都會跨越到整個晶體的空間。這種似波狀態的行為,對瞭解大部分的半導體和金屬材料的電子性質非常重要,而且也是所有現代微電子元件運作的關鍵。

然而在高溫超導體的情形,則沒有如傳統的金屬和半導體中的帶電荷物,那種不是粒子狀態,就是波狀態本質那麼地單純。高解析度的掃描穿隧顯微術(STM),在對超導體Bi2Sr2CaCu2O8+的表面上所獲得的電子狀態區域密度變化的影像顯示出,相對於在傳統晶體中電子狀態的均勻分布,超導體物質則呈現出一個非常顆粒狀的性質,而其特性長度尺度的變化則僅在幾個奈米之間。非超導電物質,在開始產生超導電性時所伴隨的一個懸而未決的問題,就是有關其帶電荷物本質的這些變異,也就是所謂的節點和反節點的準粒子。

將掃描穿隧顯微術(STM)所獲得的Bi2Sr2CaCu2O8+超導體晶體中,帶電荷物的密度相對於位置的r-space影像,以傅立葉轉換,Fourier transformingMcElory和其同僚就獲得了此物質在相對於動量k-space中的區域性狀態密度(local density of statesLDOS)的詳細圖樣。結合了r-spacek-space的影像,就可以找到有關準粒子在晶體裡面如何分散和干擾的直接資訊。

NANOPHASE科技公司推出新的奈米材料

4/11/2003Small TimesNANOPHASE科技公司已經進入商業量產一種他們宣稱為新一類的奈米材料。這家總公司在美國伊利諾州Romeoville的公司在一個記者會上表示,他們推出的新的稀土族氧化物奈米晶體材料,可以有多方面潛在的應用能力,其中包括有燃料電池,化學機械方式的拋光,觸媒轉化器和催化劑等等。這家公司是使用一種有專利的技術,稱為NanoArc Synthesis,來製造其奈米材料,這種技術可以增進其奈米材料的穩定性和效能。


奈米電子奈米電腦及奈米晶片科技:

以亂度排列的奈米管來當電晶體

4/4/2003Nanotech Web由單壁奈米碳管以亂度排列出來的網絡結構,可能是讓這種結構物有最快速直接的機會,來在電子應用上立下功績。這是美國國家海軍實驗室的一些科學家的觀點,他們認為這種技術可以免除奈米管一定要被精確地組裝的需求。個別的單壁奈米碳管具有很不錯的結構和電子上的特性,但是商業化以奈米管微架構的電子產品卻一直受阻,因為我們還無法以大量的方式鑄造出半導體性的奈米管元件。

美國國家海軍實驗室的Eric Snow和其同僚在一片具有250奈米熱氧化物膜的晶圓上,培養出奈米管的亂度排列網絡。利用光蝕刻技術來加入一些sourcedrain的電極,並且剝去150奈米厚的泰金屬薄膜,然後使用一種二氧化碳的雪花噴射器,來移除介於sourcedrain電極以外區域的奈米管。這個團隊製造出來的半導體奈米管元件,其sourcedrain的通道長度是1-25微米,通道度是35-100微米。個別奈米管的平均直徑是1.5奈米,長度是2奈米。他們發現這種單壁奈米碳管的網絡結構物,在適當的密度下會是一種具有連續半導體性的薄膜,而且可以用傳統的光蝕刻技術來將之鑄造成電子元件。這種方法就可以克服和奈米碳管架構的電子相關的組裝問題。他們亦發現低密度的網絡,大約是每平方微米上有一個奈米管下,其元件的特性就像p型的半導體性的薄膜,其場效應移動性大約是10 cm2/V s。相對之下,目前商業性的薄膜電晶體的材料,例如不定型的矽晶,其場效應移動性大約是這種的十分之一。

Random tubes
光學顯微鏡下的一個微鑄造出來的奈米碳管元件。其中內崁的影像乃是原子力顯微鏡下,用來組成導電區域的奈米管網絡。
個別奈米管的平均直徑是1.5奈米,長度是2奈米。

製造奈米點的一些訣竅

4/4/2003Nanotech Web,日本國家材料科學研究院的一些科學家已經製造出銀金屬的奈米點和奈米線,而且可以藉著一個掃描穿隧顯微鏡(STM) 的探針針尖來轉移材料到矽晶表面上時,來排列其花樣。這種技術具有高度的可複製性,因此可能極適合用來製造奈米元件。日本國家材料科學研究院一直對利用掃描探針顯微術奈米科技來鑄造出奈米元件非常有興趣,例如單一電子/電洞穿隧元件。過去他們已經能夠藉著施加電壓脈衝,將奈米金點從一個掃描穿隧顯微鏡的金針尖,轉移到一個Si(111) 7x7的表面上。然而這種奈米金點的轉移效率僅有約50%,不夠高到可以用來鑄造連續的奈米線。而現在使用一個銀金屬塗裝的STM針尖,這些科學家已經可以達到幾乎100%的轉移可靠度,也就是幾乎每一個他們施加的單一電壓脈衝,就可以導致一個奈米點的形成。因為這種高度的可重複性,這會比使用一個金針尖來鑄造連續的奈米線,要來得容易許多。一般而言,其鑄造出來的奈米點的全寬半最大(Full-width half-maximum, FWHM)尺寸約25奈米和高度約2.5