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奈米科技概論

奈米科技概論. 朝陽科技大學 嚴國慶. Outline. Introduction Global trends of nano technology The research of nano technology in Taiwan The application examples of nano technology Summary and conclusions. What is Nanotechnology?.

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奈米科技概論

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Presentation Transcript

  1. 奈米科技概論 朝陽科技大學 嚴國慶

  2. Outline • Introduction • Global trends of nano technology • The research of nano technology in Taiwan • The applicationexamples of nano technology • Summary and conclusions

  3. What is Nanotechnology? It is the creation of functional materials, devices and systems through control of matter on the nanometer length scale and exploitation of novel phenomena and properties (physical, chemical, biological) at that length scale Nanotechnology Nano-enabled Technology

  4. How small is nano? Nano-tech IC 10-9 10-6 10-3 1 M Atoms/ Molecules mM nM mM M

  5. Historical Background 1959 Feynman’s Lecture “There is Plenty of Room at the Bottom” http://www.zyvex.com/nanotech/feynman.html

  6. Historical Background Emergence of STM (scanning tunneling microscope) and AFM (atomic force microscope) in the 1980s providing the “eyes” and “fingers” for nanoscale measurement and manipulation http://www.nobel.se/physics/laureates/1986/press.html http://www.almaden.ibm.com/vis/stm/stm.html

  7. Molecular Motor • http://www.cnsi.ucla.edu/people/Faculty/UCLA/montemagno_c.html • http://www.sciam.com/exhibit/1999/092099molecularmotor/

  8. 奈米技術掌握許多領域的發展 • 資訊技術 • 生物技術 • 醫療技術 • 能源問題 • 環境問題 • 材料科學

  9. 資訊技術 • 資料保存在非常小的晶片裡 • 如紙般超薄柔軟的電子顯示器也可望出現

  10. 生物技術 • 遺傳工程學 • 基因食品

  11. 奈米生物技術 一、奈米生物學(nanobiology)研究： • 細胞內各種胞器的結構與功能的研究。 • 細胞內外生物物質、能量與訊息傳導的研究。 • 生物反應機制的研究，包含修復、複製及調控等方面之生物程序。 • 奈米級生物分子工程的發展，包括奈米生物分子機器人及奈米訊息處理系統。

  12. 奈米生物技術 • 二、醫學診斷與監測： 1.分子雷達，光學相位差層析技術(OCT)，分辨率可達1個微米級，較CT和核磁共振的精密度高出上千倍。本技術能以每秒2000次完成生物體內活細胞的動態影像，觀察活細胞的動態，發覺單一病變細胞，又不會如CT、X光、核磁共振一樣殺死活細胞，而且精密度高可以更早期診斷出癌組織病變。 2.微小探針技術，奈米監測器，可以殖入人體，隨血液在體內運行或依不同診斷和監測目的而定位，隨時傳達生物訊息給體外記錄裝置。

  13. 奈米生物技術 • 三、有機奈米生醫材料： 無論作為靶向藥材或釋控藥劑的高分子微粒，其直徑大小及分布對於施藥方及療效多有很大的影響。奈米生醫材料幾乎包刮所有生化藥品，如抗癌藥物、抗心血管病、抗愛滋病及糖尿病用藥等，特別是改變遺傳因子基因藥的研究，奈米生醫材料的微小及易滲透的特性，使得醫藥學家有可能改變細胞基因。 奈米生醫材料在醫藥領域中其他應用還有人造皮膚以及實現人工移植動物器官等，也可以直接用於治療各種細胞等級疾病的奈米生物導彈，對於病變組織有親合力，對於病變細胞有殺傷力，可具有特異性的殺死腫瘤細胞。

  14. 奈米生物技術 • 奈米生物技術的發展由於與其他多種學科具有交聯性、高技術化、高產業與高度社會化等特性，由奈米技術的浪潮帶來一股新的醫學技術革命，不難看出，奈米生物技術將衍生出新的分支，奈米醫學、奈米生物學、奈米生物化學、奈米生物能量電子學，奈米生物醫學材料學等學科相互聯繫又相互促進，其中特別是奈米醫學涉略淵廣，期發展會帶動基礎醫學研究，特別會給臨床醫學研究帶來更多的契機

  15. 醫療技術 • 個人化醫藥 • DNA剪接

  16. 環境問題 • 可以分解存在大氣中的有害物質 • 利用微生物製造有機肥料

  17. 材料科學 • 利用探奈管這種微小素材可以製造出強度達鐵10輩的材料

  18. 能源問題

  19. Global Trends of Nano-Tech. • 美國: • NNI, 270百萬美元/2000, 422百萬美元/2001, 519百萬美元/2002 • 歐盟: • 13億歐元/2002~2006 • 德國: • BMBF 科研專款 70百萬美金/1999~2003 • 日本: • 獨立行政法人研究預算 295億日圓/2001, 350億日圓/2002 • 大陸: • 國家型計劃, 人民幣25億元/2001~2005

  20. 國內發展趨勢—學術卓越計劃 Fundamental research Nanomaterials manipulation Nanodevice NEMS • 高表面積材料 • 奈米顆粒/管/纖維 • 奈米結構及複合材料 • 生物與非生物介面材料 • 生物分子協同自組材料 • 奈米探測與操控 • 單探針與多探針掃描 • 理論基礎研究 • 單電子元件 • 磁電與自旋電子元件 • 量子元件 • 分子與生物分子偵測 • 奈米連線與波導 • 生物/非生物物質介面 • 超高密度元件陣列 • 藥物傳遞元件 • 微感測致動器 • 微定位系統 • 微機械組裝系統 • 微型生物檢測系統 • 奈米顯影加工

  21. 國內發展趨勢—產業化計劃 平台技術(檢測, 理論模擬, 加工技術) Nanomaterials NEMS Nanodevice • 人造纖維 • 塑/橡膠 • 染顏料/塗料 • 造紙 • 金屬製品 • 奈米觸媒 • IC • Display • Data storage • Communications • Electronic packaging • Energy storage • 醫葯品 • 醫學器材

  22. 奈米技術發展五年計畫架構 奈米電子元件技術 奈 米 技 術 發 展 五 年 計 畫 奈米光電元件技術 奈米電子技術 奈米機電元件技術 奈米材料製造技術 材料奈米技術 奈米材料應用技術 奈米檢測分析技術 奈米檢測及設備技術 奈米設備發展技術

  23. 奈米電子元件技術發展規劃 Functional circuit 奈米碳管元件 OEIC SiGe OE元件 GB MTJ-MRAM/Spin Logic IC關鍵技術開發 0.1mmCMOS/ 磁性元件製程整合 Spin FET/BJT SiGe 量子元件 大面積磁性薄膜沉積 SET Logic 自旋電子元件 結構設計 SET Memory 高速: 10- 100X 高密度: 5-100X 低功耗: 1/50 X SET模擬與製作 單電子 記憶/邏輯電路 2002 2004 2006

  24. Photonic Crystal Holey New Fiber Quantum Dots 2002 2004 奈米光電元件技術發展規劃 2006 模擬&設計 Waveguide Defect LD OEIC Application Holey Fiber 產品化 Single Mode Fiber 模擬&設計 λ =1.31/1.55μm QD白光LED λ>1.2μm

  25. Terabyte Data Storage Technology • 本計劃目標在開發奈米級之儲存技術，其容量將高達1 Terabyte要突破之技術如下... • 開發可寫光點小於0.1m的光學讀寫頭 • 開發新型奈米電子束寫入頭，建立奈米探針場發射電子束寫入技術(小於100nm) • 開發奈米級光碟技術：以光寫入再以磁讀出之方式，可克服傳統MO之缺點，加上採用Multi-level Tracking之設計，使得MO訊號不受干擾，另外針對Super-RENS技術開發 • 奈米級之伺服控制技術，使得在微小光點可快速讀取訊號 • Nano Scale Mastering technology：奈米刻版聚焦技術、奈米Track Pitch控制技術、奈米基版刻版技術，並針對SPM刻版、e-beam刻版,及光學式刻版技術開發

  26. 傳統產業的轉型與創新-奈米技術之革命 大公司不敢掉以輕心,小公司充滿希望

  27. Biopolymers: DNA

  28. Inorganic Solids-Metallic Cu

  29. Inorganic Solids-Ionic NaCl

  30. Inorganic Solids-Covalent SiO2

  31. Mechanical Bond

  32. Crystallization

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