【時報-台北電】台積電到高雄設廠一波三折，昨台積電終於證實投資高雄2奈米新廠先進製程，計畫於2025年量產。 奈米，又稱納米，為微米的千分之一倍（符號 nm，英式英文：nanometer、美式英文：nanometer，字首 nano 在希臘文中的原意是「侏儒」的意思），是一個長度單位，指1米的十億分之一（10-9m）。 如果長寬高都沒有任何超過奈米等級，稱為「零維」奈米材料。 如果沒有任何一邊在奈米級以內，那就不能稱之為奈米材料了。
為了要賦予單層石墨烯某種電性（比如製造電晶體），會按照特定樣式切割石墨烯，形成石墨烯奈米帶。 採用緊束縛近似模型做出的計算，預測鋸齒形具有金屬鍵性質（如右圖所示），又預測扶手椅形具有金屬鍵性質或半導體性質；到底是哪種性質，要依寬度而定[51][52][53]。。 可是，近來根據密度泛函理論計算得到的結果，顯示出扶手椅形具有半導體性質，其能隙與奈米帶帶寬成反比（如右圖所示）[81]。 實驗結果確實地展示出，隨著奈米帶帶寬減小，能隙會增大[82]。
奈米材料定義: 納米材料
另外，像蜜蜂體內存在著磁性的奈米粒子，這些粒子具有羅盤的作用，這就是蜜蜂飛行的導航系統了。 奈米粒子在器官中的行為仍然是需要研究的一個大課題。 基本上，奈米顆粒的行為取決於它們的大小，形狀和同周圍組織的相互作用活動性。
一群來自新加坡專精於石墨烯材質研究的科學家們，現在研發出將石墨烯應用於相機感光元件的最新技術，可望徹底顛覆未來的數位感光元件技術發展。 中國科學院上海分院的科學家發現石墨烯氧化物對於抑制大腸桿菌的生長超級有效，而且不會傷害到人體細胞。 假若石墨烯氧化物對其他細菌也具有抗菌性，則可能找到一系列新的應用，像自動除去氣味的鞋子，或保存食品新鮮的包裝[104]。 研究表明，石墨烯過濾器可能大幅度的勝過其他的海水淡化技術。 [97][98]由於石墨烯是一個平面結構，所以它具有很大的面積體積比，這使得石墨烯擁有很大的吸附能力，有些雜質就可以吸附到石墨烯的表面。 通過化學氣相沉積法，可以製成大面積、連續的、透明、高電導率的少層石墨烯薄膜，主要用於太陽能光電元件的陽極，並得到高達1.71%能量轉換效率；與用氧化銦錫材料製成的元件相比，大約為其能量轉換效率的55.2%[91]。
奈米材料定義: 奈米科技將成為解決能源議題 最重要的前瞻技術之一
全球有30餘國規劃及投入奈米領域研發，投入範圍包括物理、生技及電子等前瞻領域研究，及奈米新材料的製造與特性開發[來源請求]。 奈米材料定義 產業界也透過新建立的奈米材料特性及關鍵技術，開發新產品及改善產品性能，來提升競爭力。 更加複雜的是，當我們討論納米粒子的時候，我們必須知道含有的納米粒子的粉末或液體幾乎從來不會單分散化，而是具有一定範圍內許多不同尺寸。 這會使實驗分析更加複雜，因為大的納米粒子可能和小的有不同的性質。
它們可能引起噬菌細胞（吞咽並消滅外來物質的細胞）的「過載」，從而引發防禦性的發燒和降低機體免疫力。 還有一個顧慮是它們同人體中一些生物過程發生反應的潛在危險。 由於極大的表面積，暴露在組織和液體中的納米粒子會立即吸附他們遇到的大分子。 材料在納米尺度下會突然顯現出與它們在宏觀情況下很不相同的特性，這樣可以使一些獨特的應用成為可能。 例如，不透明的物質變為透明（銅）；惰性材料變成催化劑（鉑）；穩定的材料變得易燃（鋁）；在室溫下的固體變成液體（金）；絕緣體變成導體（矽）。 奈米材料定義2023 物質在納米尺度的獨特量子和表面現象造就了納米科技的許多分支。
奈米材料定義: 奈米材料特性有哪些？5大科技應用，從定義到產品完整告訴你！
固相熱解法是令常規含碳亞穩固體在高溫下熱解生長奈米碳管的新方法，這種方法過程比較穩定，不需要催化劑，並且是原位生長。 OECD (經濟合作及發展組織)公告兩項奈米材料的新測試規範，TG 124 是測量體積比表面積(Volume Specific Surface Area)。 TG 125是有關奈米材料的粒徑大小及分布，適用範圍涵蓋1~1000 nm。 MIT 研究團隊將奈米粒子經由植物細胞的脂質交換穿透包膜(lipid exchange envelope penetration)機制，進入到植物葉綠體中，傳送基因編輯物質，進行基因改造，可提升作物生長、抗病蟲害及疾病的能力。
而且，納米粒子具有聚合的趨勢，而聚合的納米粒子具有同單個納米粒子不同的行為。 所謂奈米組件，是指以分子、原子為基礎，製造具特殊功能的微小組件。 而製造這些奈米等級元件的方法主要有兩種，一種是由上而下的方式，另一種則是由下而上。 簡單說就是利用微加工的方式，使一般較大的元件不斷的微小化，最後變成我們所需的大小。
奈米材料定義: 材料科學理論
通過進行奈米尺度上的幾種化學修飾，科學家們證實了奈米化學材料具有尺寸依賴性[a]。 奈米化學在化學、材料、物理、科學、工程、生物和醫學等領域均有廣泛的應用。 奈米化學和其他奈米科學領域的核心概念相同，但這些概念的用法不同。 奈米碳管（英語：Carbon Nanotube，縮寫為CNT）是在1991年1月由日本筑波NEC實驗室的物理學家飯島澄男使用高分辨透射電子顯微鏡從電弧法生產碳纖維的產物中發現的[1]。 它是一種管狀的碳分子，管上每個碳原子採取sp2雜化，相互之間以碳-碳σ鍵結合起來，形成由六邊形組成的蜂窩狀結構作為碳納米管的骨架。 每個碳原子上未參與雜化的一對p電子相互之間形成跨越整個碳納米管的共軛π電子雲。
2003年，超過800納米相關的專利權獲得批准，這個數字每年都在增長。 例如，NEC和IBM這兩家大公司持有奈米碳管這一納米科技基石之一的基礎專利。 奈米碳管具有廣泛的運用，並被看好對從電子和計算機、到強化材料、到藥物釋放和診斷的許多工業領域都有關鍵的作用。
奈米材料定義: 材料學
在奈米碳管的內部可以填充金屬、氧化物等物質，這樣奈米碳管可以作為模具，首先用金屬等物質灌滿奈米碳管，再把碳層腐蝕掉，就可以製備出最細的奈米尺度的導線，或者全新的一維材料，在未來的分子電子學器件或奈米電子學器件中得到應用。 這樣利用奈米碳管或者相關技術製備的微型導線可以置於矽晶片上，用來生產更加複雜的電路。 由於巨大的長徑比（徑向尺寸在奈米量級，軸向尺寸在微米量級），奈米碳管表現為典型的一維量子材料，它的電子波函數在管的圓周方向具有週期性，在軸向則具有平移不變性，大大純化了理論工作，並做出了一些預言。 理論預言，奈米碳管具有超常的強度、熱導率、磁阻，且性質會隨結構的變化而變化，可由絕緣體轉變為半導體、由半導體變為金屬；具有金屬導電性的奈米碳管通過的磁通量是量子化的，表現出阿哈諾夫－波姆效應（A-B效應）。
- 物質在奈米尺度的獨特量子和表面現象造就了奈米科技的許多分支。
- 每個碳原子上未參與混成的一對p電子相互之間形成跨越整個奈米碳管的共軛π電子雲。
- 當電子雲相對於其原始位置發生位移時，電子和原子核之間的庫侖引力會產生恢復力。
- 二氧化矽、金、聚二甲基矽氧烷、硒化鎘、氧化鐵和碳等材料都顯示了奈米化學的轉化能力。
- 一般塊狀金是電的良導體，電阻值很小，不受磁場的影響。
- 例如用奈米碳管材料增強的塑膠力學性能優良、導電性好、耐腐蝕、遮蔽無線電波。
不過現在坊間多在炒作概念，很多都局限於實驗室的理論階段，比較現實的是機械方面的潤滑劑，化工方面的催化劑，還有醫學方面的定點超效藥劑。 探針的探頭可以用來操縱納米結構（這種工藝叫做位置組裝）。 奈米材料定義2023 但是這種過程太慢了，從而到導致了各種納米光刻技術的發展，例如蘸筆納米光刻術，電子束曝光和納米壓印術。
奈米材料定義: 奈米線的導電性
只有某些奈米粒子的某些方面對生物或環境有害，我們才面臨一個真的危害。 奈米科技已被視為新一波產業革命的源頭技術，歐美日本等國家的政府部門，近年來均編列大幅預算，推動國家級奈米基礎科學、工程技術之研發；學術界及產業界亦相繼投注大量人力資金於這場奈米科技的全球競賽中，希冀於專利與產品開發上搶得先機。 1984年德國葛萊特等人利用惰性氣體蒸發凝結法，製得鐵、銅、鉛及二氧化鈦的奈米粒子。 其中，二氧化鈦的奈米顆粒具有良好的延展性，可以改善陶瓷材料的脆性。 目前只有奈米粉末實現了工業化生產（如碳酸鈣、白炭黑、氧化鋅等），其它奈米材料基本上還處於實驗室研究階段。
該電池用矽奈米線覆蓋的不鏽鋼陽極取代了傳統的石墨陽極。 由於矽比石墨存儲的鋰大十倍，可以讓陽極的能量密度大大增強，減輕了整個電池的質量。 L 教學時間分配：(1)講解實驗原理和實驗步驟：約20-40分鐘；(2)實驗操作時間：合成方面：約10-15分鐘，鑑定方面：約30-50分鐘（不含電子顯微鏡圖譜的鑑定）。 合計時間約60-105分鐘，教師可依照學生的程度，分配教學時間的長短。
奈米材料定義: 奈米線電池
然後，找到最大吸收度的波長，進而得知合成金奈米粒子直徑大小。 光照射到金奈米粒子溶液的傳播方式，如圖2的「吸收」示意圖所示。 當加入食鹽到金奈米粒子溶液時，因為食鹽在水中解離的鈉離子與能檸檬酸根發生作用，進而造成此負電荷層遭受破壞，使得溶液中的金奈米粒子發生聚集，以致金奈米粒子顆粒變大而沉澱析出，如圖6所示。 在透明玻璃上滴加金奈米粒子溶液，使其乾燥後金奈米粒子形成固體而堆積在玻璃上。 利用雷射光照射，在暗室的觀察屏上可觀察到繞射的圓形圖案明顯地放大許多，如圖5左所示。 2007~2008年間首次成功開發出碳納米管觸控螢幕[19]，並由天津富納源創公司於2011年產業化[20][21]，至今已有多款智慧型手機上使用碳納米管材料製成的觸控螢幕。
奈米技術在複合材料上的應用受到重視由20世紀末期興起的奈米科技浪潮，經過10年的研發逐漸在各個領域上發展出商業化材料和產品。 近年來，奈米科技應用在複合材料上受到重視，不論是新型奈米粒子的功能、複合材料物化性質的改質，或是在延伸應用的研究上，都有快速的發展。 而奈米材料的問世，除了為新型複合材料的合成提供了新的契機，也為傳統複合材料的功能性或製程改良，提供了令人期待的前景。
奈米材料定義: 奈米材料一粒、一條、或一片
第一，當線寬小於大塊材料自由電子平均自由程的時候，載流子在邊界上的散射現象將會顯現。 對於寬度小於40nm的銅奈米線來說，平均自由程將縮短為線寬。 使用紅光雷射筆，直接照射雷射光在兩個樣品瓶中的合成金奈米粒子溶液和四氯金酸溶液溶液，觀察兩種溶液是否出現一道紅光光束。 利用電子顯微鏡（Electron Microscope），可觀察到金奈米粒子的粒徑大小和形狀。 圖10右顯示金奈米粒子和奈米棒假的彩色高分辨率TEM圖像，比例尺代表10 nm。 透過紫外‒可見光譜儀（UV-Visible spectrometer），可測得合成金奈米粒子的可見吸收光譜。
關於石墨烯的製造與發現，最初，科學家試著使用化學剝離法（chemical exfoliation method）來製造石墨烯。 他們將大原子或大分子嵌入石墨，得到石墨層間化合物。 奈米材料定義2023 經過化學反應處理，除去嵌入的大原子或大分子後，會得到一堆石墨烯爛泥。 由於難以分析與控制這堆爛泥的物理性質，科學家並沒有繼續這方面研究。 還有一些科學家採用化學氣相沉積法，將石墨烯薄膜磊晶成長（epitaxial 奈米材料定義 growth）於各種各樣基板（substrate），但初期品質並不優良[10]。 它是一種管狀的碳分子，管上每個碳原子採取sp2混成，相互之間以碳-碳σ鍵結合起來，形成由六邊形組成的蜂窩狀結構作為奈米碳管的骨架。
奈米材料定義: 原子結構
這是人類歷史上首次操縱原子，用原子或分子製造機器，也不再是夢想。 1962年，日本東京大學的久保亮五教授提出了量子限制理論，用來解釋金屬奈米粒子的能階不連續，這是很重要的里程碑，使得人們對奈米粒子的電子結構、型態和性質有了進一步的了解。 奈米團簇的介電性質也是一個研究主題[37]，因為它們在催化，光催化，微電容器，微電子學和非線性光學中有可能被應用。 這些自由納米粒子可能是納米尺寸的單元素，化合物，或是複雜的混合物，比如在一種元素上鍍上另外一張物質的「鍍膜」納米粒子或叫做「核殼」納米粒子。 納米材料（包含有納米顆粒的材料）本身的存在並不是一種危害。 只有它的一些方面具有危害性，特別是他們的移動性和增強的反應性。
Nanotech Energy 是一家開發及製造單層石墨烯的公司，石墨烯結構可承受鋰離子在充放電時進出電極所引發的電極材料體積的變化，且高導電性可降低電池內阻及充放電產生的熱能，避免電池溫度過高。 奈米材料定義2023 將石墨烯應用於鋰電池電極，再搭配該公司開發的不可燃電解質OrganoLyteTM，組成可針刺的不可燃電池，此電池於2022年CES展獲得Innovation Award。 美國FDA 2022年4月新增應用奈米材料的藥物及生物製品的指引，此指引排除尺寸1 µm以下的天然生物物質如蛋白質、細胞、病毒、核酸等製作的產品如基因治療藥物、疫苗等，除非有特殊的尺寸效應。 2022年6月10日，歐盟委員會發布了修訂版的納米材料定義。 作為《化學品可持續發展戰略》的一項成果，新建議支持建立統一的納米材料監管框架，統一部門立法。 如果沒有精確檢測的技術，想觀察奈米元件與材料之結構與性質是不可能的，因此我們必須建立諸多的奈米檢測技術，以進一步研究各種奈米結構的力、光、電、磁等性質。
奈米材料定義: 尺寸縮小有其物理限制
一種常用的技術是VLS合成法（Vapor-Liquid-Solid）。 這種技術採用雷射融化的粒子或者一種原料氣矽烷作源（材料）,然後把源(材料)暴露在一種催化劑中。 對奈米線來說，最好的催化材料是液體金屬（比如金）的奈米簇。 它可以被以膠質的形式購買，然後被沉積在基質上或通過去濕法從薄膜上自我組裝。 在電子，光電子和納電子機械器械中，奈米線有可能起到很重要的作用。 它同時還可以作為合成物中的添加物、量子器械中的連線、場發射器和生物分子奈米感應器。
奈米也用於指定可見光譜附近的波長，可見光範圍約為380~750 nm。 奈米等級的粒子肉眼看不到，光學顯微鏡也無法觀察到，需要藉助於電子顯微鏡才能觀察到。 由於石墨烯具有特高的表面面積對質量比例，石墨烯可以用於超級電容器的導電電極。 科學家認為這種超級電容器的儲存能量密度會大於現有的電容器[96]。 Nisshinbo 還將此材料與生質且可生物分解的熱塑型樹脂結合，作為一般塑膠的添加劑，以增進一般塑膠於海水的生物可分解性。 添加CNF於回收塑膠可提高回收塑膠的機械強度，塗裝著色亦不易剝落，增加耐用性。
奈米材料定義: 量子隧道效應
根據2010年1月的一份報告中[86]，對SiC磊晶生長石墨烯的數量和質量適合大規模生產的積體電路(積體電路)。 另請參閱IBM在2010年的工作的電晶體一節中，速度快的電晶體'處理器'製造了2-英寸（51-公釐）的石墨烯薄片。 科學家認為石墨烯會是理想的自旋電子學材料，因為其自旋-軌道作用很小，而且碳元素幾乎沒有核磁矩（nuclear magnetic moment）。 使用非局域磁阻效應，可以測量出，在室溫狀況，自旋注入於石墨烯薄膜的可靠性很高，並且觀測到自旋相干長度超過1微米[73]。 當輸入的光波強度超過閾值時，這獨特的吸收性質會開始變得飽和。
