〔奈米科技（Nanotechnology）－2004.01.08－資訊傳真第716期刊出〕

●早在1959年，著名的美國物理學家費曼（R.Feynman）在美國物理學年會上以《物質底層有大量空間》為題演講，曾對未來的物理學作了一個精采的預言：當人類能在原子尺寸上進行操縱時，我們將得到具有大量獨特性的物質，能夠做出許多與現在不同的事情；如果能夠在原子和分子水平上製造材料和器件，就會有許多全新且令人激賞的新發現。這應該是奈米科技最早的預言。

奈米（nm-nanometer）是尺寸大小的單位名詞，也有人稱為「毫微科技」，在中國大陸則稱為「納米科技」。此一大小接近於分子結構或生物DNA的層次，所以奈米科技事實上就是－「微小科技」。Nano是希臘文「侏儒」的意思，奈米是nano（十億分之一）加上meter（公尺），直譯就是：「十億分之一公尺；也就是十的負九次方公尺/1奈米＝10^-9 m」；百萬分之一毫米；千分之一微米」。 1nm（1奈米）大約是2～3個金屬原子排列在一起的寬度；一個原子大約是0.2到0.3奈米大小，所以5個原子串在一起約1奈米長，如果用氫原子來排列，1nm（1奈米）大約是10個氫原子的寬度（10個氫原子的併排寬度）。一般病毒的直徑約60～250 奈米；「紅血球」的直徑約7,500奈米；「頭髮」頭髮的平均直徑大約在350微米左右，也就是說約有350,000奈米；去氧核醣核酸（DNA）直徑2.5奈米，生物細胞1,000奈米，打針時的針孔約1,000,000奈米。以1公尺比為地球直徑，1奈米大約為1個玻璃彈珠的直徑。但要把它當成1個單位，當然需要取個簡單的名稱，因此有「毫微米」與「奈米」2個稱呼。 超小物質的研究起自1970年代，即所謂超微粒（Ultra-fine Particle）研究。因超微粒的大小多半為微米尺寸，微米英文是micrometer，是長度的單位，數學符號為：μm。一微米為百萬分之一公尺（1 μm＝1×10^-6 m），在小下去就為奈米尺度，故至1980年代超小物質的研究自然變成奈米尺度材料（即所謂奈米材料）的研究。

一般定義小於100nm的顆粒就是「奈米級」，製作出來的產品就是奈米產品，這種極微小顆粒可－填平凹凸表面、透光性高（物體變薄）、可輕易的穿過皮膚以及人體容易吸收；還有就是微小物質的表面積比例較大，可提高如～遠紅外線物質、負離子物質、光觸媒的工作效率。 舉例來說，以8塊小方糖和用8塊小方糖組成邊長2倍的大方糖相比，兩者體積一樣，但8塊小方糖表面積有48面（每塊6面乘以8塊），而大方糖卻只有24面（每面為小方糖4倍，共6面），由此可知微小顆粒的表面積比例較大。 奈米材料的小尺寸，造就了量子效應的出現與表面原子數激增（也就是說表面積對體積的比例大增）兩個基本特徵。 簡單的來說：當物質以奈米級的大小存在時，不僅是體積的縮小，其導電性、磁性、電阻性、光學、物理及化學性質也會有很大的改變。物質若是縮小到奈米尺度上，物質會出現種種「新穎、奇特、特異的性質」。同樣的物質在傳統大尺度與奈米尺度中，會表現出完全不同的透光、導電、導熱、磁性等物理性質，另外腐蝕、氧化等化學作用穩定性也不一樣；也就是說，進入奈米尺度後，所有物質都等於變成一種新物質。此時物質的強度、韌性、電學、電磁學、熱學等特性方面都會產生質的變化，如質量減輕、體積縮小、曲度變大及表面積增加等，而最重要的則是導熱度、導電性增加，磁性也產生改變，應用範圍因而更為廣泛。

另外奈米材料也會~造成材料表面原子數激增；也就是說表面積對體積的比例大增。我們用金和鈀為例，金與鈀的原子半徑分別為0.16 nm及0.12 nm。粒子越小，裡面的原子數越少，暴露在表面上的原子所占的比率就越高。當奈米粒子的粒徑小到1 nm時，其中的原子，幾乎全部是暴露在粒子的表面上！  

以金子為例：金的原子半徑為0.16 nm，一顆直徑為5 nm的球形金奈米粒子便包含大約3,800個金原子。一般人對「金」的印象就是「金光閃閃」，因此在一般人眼中，黃金是裝飾用的首飾，不具任何活性，但金的奈米顆粒（金奈米粒子-nanoparticle）其光學性質會因體積的極度縮小而有所改變，隨著粒徑的逐漸縮小，顏色的變化依序為－黃、橘（約100奈米）、綠（約50奈米）、暗紅（約13奈米）。不但如此，當奈米粒子的直徑、形狀稍作變化時，也會顯現出不同的顏色。（這是因為光學性質因尺度的不同而有所變化）。但是當其聚集至一定數量後，又會形成原本的金黃色。

其實金奈米粒子應用到實際生活中已經有一段時間了，例如在藥房買的驗孕器，在上面看到是否有懷孕的紅色訊號，其實就是由奈米級的金粒子所生成的紅色訊號；奈米金顆粒會和尿液中某種蛋白質作用，產生紅色反應，即可知懷孕與否。（奈米金顆粒會和懷孕女子尿液中的HCG【Human Chorionic Gonadotropin；人絨毛促性腺激素/人類絨毛膜性腺激素】作用，產生紅色反應，即可知懷孕與否。） 另外也將醣類金奈米粒子，成功的應用到細菌的標定上，未來若成功的應用在生物晶片上，一次就能辨認十幾種不同的細菌，對醫學上的免疫分析、疾病檢測技術將產生重大的影響。

另外黃當金離子小到5奈米以下時，變成具有高度的活性，可做為催化劑，將可能燃燒不完全的一氧化碳轉化成較無害二氧化碳，因此，科學家利用此特性將原來用於裝飾用的黃金，拿來製成防毒面罩，避免因不當燃燒所引起的一氧化碳中毒，因此黃金在奈米科技的應用下有各種不同的用途。

奈米結構除了尺寸小之外，往往還擁有高表面/體積比、高密度堆積以及高結構組合彈性的特徵。所謂的奈米科技便是運用我們對奈米系統的了解，將原子或分子設計組合成新的奈米結構，並以其為基本「建築磚塊」（building block），加以製作、組裝成新的材料、元件或系統。因此，在製程的觀念上，奈米科技屬於「由小作大」（bottom up），與半導體產業透過光罩、微影、蝕刻等「由大縮小」（top down）的製程相當不同。

材料尺寸從微米進入奈米，代表意義不只是尺寸縮小，更重要的是節省的物質和能源消耗，並創造獨特的物質特性變化及應用，在1～100nm奈米領域下，由於量子效應，許多物質的現象都將改變，使得其物理性能和化學性能發生奇特變化。例如質量變輕，表面積增高，表面曲度變大，熱導度或導電性也明顯變高，進而衍生出許多新應用。未來將出現待機時間長達50天的超高能量大哥大電池，只有半釐米厚且可折疊彎曲的超薄顯示器，或者是性能提高100倍的超高密度資訊儲存設備（奈米記憶體可以將故宮或是國家圖書館的資料，全都儲存在一顆方糖上），全都不足為奇。美國UCLA大學以奈米科技開發的分子電腦元件，大小只有電晶體的100萬分之1，價格卻比電晶體更便宜，進而神奇地改變人類的生活。也有廠商把物體表面塗上一層奈米級二氧化鈦（TiO2）的薄膜，像是吃飯的餐具和廁所的馬桶，都不必再花時間清洗。家裡的牆壁因為使用奈米建材，也不會沾到灰塵而變髒。德國研發出的奈米牙膏，更可以在刷牙時自動修補蛀牙裂縫。電腦長時間使用，常因電子運行的摩擦力使電腦過熱而燒掉，研發奈米科技，可使電腦跑得更快也更穩定。這樣的例子再進入奈米科技的時代會屢見不鮮。

丁觀海（1911～1991）是1976年諾貝爾物理學獎丁肇中的父親，他曾留學密西根大學，是當時彈性理論（即彈性力學／Theory of Elasticity）權威、美籍俄裔（實際上為烏克蘭裔）力學專家鐵木辛柯（Stephen Prokofievitch Timoshenko, Степан Проко-фьевич Тимошенко，1878～1972）的學生。抗戰時期，丁觀海擔任重慶大學教授，夫人王雋英任教於四川省立教育學院，而丁肇中則就讀於教育學院附屬嘉陵小學（在磁器口寶善宮）。

據中國大陸戰略導彈與運載火箭技術專家和主要開創者之一、中國科學院院士、國際宇航科學院院士、畢業於兵工學校（中正理工學院前身）第九期造兵系的謝光選（1922～2016）回憶說，彈性理論對當時的中國科學界來說還是非常新鮮的學說。之後謝光選就是應用「彈性理論」來解決中共自行設計之中近程導彈的「彈性振動」問題（飛彈所謂的「彈性振動」──是指飛彈在飛行過程中，因氣動力、結構本身的特性及控制系統的影響，而產生的形變和振動現象，這不僅會影響飛彈的飛行穩定性和精確性，還可能導致結構損壞）。

丁觀海教授隨政府來臺除了在臺大校書，也繼續在兵工學校兼課，歷任――臺大土木系教授、系主任、工學院院長。丁肇中在建國中學畢業後，因數理成績優異，透過高中會考保送成功大學，但他以臺大為唯一目標而放棄保送，但可惜因聯考失利，再考進成功大學機械系，讀了一年後，以志趣不合休學，進入美國密西根大學讀書，1962年獲物理博士學位，後在麻省理工學院布魯克哈芬國家實驗室（BNL-Brookhaven National Laboratory）工作，1976年以發現J粒子（J particle）獲諾貝爾獎――「J」在量子力學上代表電流、光，而J粒子和光、電有密切關係，所以才會命名為J粒子。

2006年（民國95年），在丁肇中博士（計畫總主持人）的主導下，中華民國參與了由全球16國、56個研究機構及全球600多位物理學家共同合作的──太空磁譜儀（AMS-Alpha Magnetic Spectrometer／阿爾法磁譜儀，又譯反物質「太空磁譜儀」）計畫。太空磁譜儀用於偵蒐宇宙中的射線粒子，尋找反物質（antimatter）及暗物質（dark matter），可以用來解釋宇宙大爆炸（Big Bang）理論，整個研究結果將有助解開宇宙形成之謎。

而其中被喻為「AMS頭腦」的電子系統，就是交是由中華民國的中山科學研究院（中科院）開發製作，根據中科院表示：其所負責的AMS-02太空電子系統，包括32套電子模組、650套微處理器及電路模組、30萬組信號通道，總重約1公噸。其主要的功能是擷取各型偵測系統之粒子類比信號並轉換成數位資料，經分辨處理後，由系統監控電腦將相關數據傳送至國際太空站（ISS）內，並同時與AMS系統狀態資料即時下傳至地面監控中心（POCC）以執行24小時系統功能之監控，並且隨時上傳監控中心所下達之監控指令。

國家太空中心在新聞稿中指出：AMS計畫的第一階段實驗，即AMS-01計畫，是由太空梭（Space Shuttle）運載一個精密磁譜儀在離地400公里的軌道上飛行了10天（1998年6月2日至12日），這是在這樣高度下第一個有系統的執行相關的輻射環境實驗，所得成果獲得外界高度重視，促成了第二階段的AMS計畫（即AMS-02計畫）。

丁肇中說，當初美國太空總署對臺灣製造（MIT）的品質並不放心，是在他拍胸脯負責下才（勉強）接受，2022年（民國111年）12月，丁肇中在臺北南港中央研究院物理所發表演講，在演講中他談到臺灣為AMS-02計畫製造的電子系統相當可靠，「整個電子系統包括650 個微處理器、30萬個訊號通道。最值得驕傲的是，從2011年5月16日由美國太空梭「奮進號」送入距離地球表面約400多公里的低地球軌道（LEO）上的國際太空站（ISS-nternational Space Station）運作，至今已11年了，沒有一個零組件壞掉。」

原本預計僅運行3年（2011~2014）的AMS-02計畫，因其科學價值極高，任務已多次延長，計畫將持續運作至2030年，與國際太空站的預計退役時間同步。

參見──

（Ⅰ）韓連慶：《抗戰時期的軍政部兵工學校大學部》（洛陽師範學院學報／2017年1月／第36卷第1期），p27。

（Ⅱ）呂一銘：《臺灣走向科技的那些年：關鍵的人與事》（巨流圖書公司），p158～160。

（Ⅲ）國家太空中心（TSA）：《Alpha Magnetic Spectrometer-02（AMS-01）》。

（Ⅳ）中山科學研究院：《太空電子系統》。

中國大陸快速崛起，很多中國企業也成功崛起，憑什麼？市場不開放、政府補貼、仿冒、侵犯人權、破壞環境、人口紅利，多數的西方政客、專家、媒體會列舉這些負面理由，好像中國企業一無是處。《中國為何創新崛起？》（[1]）的作者撇開這些負面理由，觀察到中國的一些成功企業擁有關於創新的九大長處（被稱為催化因子），是這書的主題。（作者是專業經理人，專長於全球市場和行銷。）

催化因子一：解決創新的兩難，實現雙元創新
兼顧「探索式」創新和「開發式」創新
案例：字節跳動（TikTok）
字節跳動的「探索式」創新：AI推薦系統演算法
字節跳動的「開發式」創新：利用growth hacking加速擴增使用者

催化因子二：當個造橋人
為電商造橋
案例：阿里巴巴（淘寶、支付寶）
社交電商
案例：小紅書

催化因子三：像未來主義者一樣思考
案例：大疆創新的無人機
案例：喜茶的新式茶飲
案例：新型態的網紅（包括虛擬網紅）

催化因子四：建立新的價值星系
透過垂直整合，以及建立合作關係和協作網路，來擴大自己的影響力，形成價值星系。
案例：阿里巴巴、微信（堪稱全球最強大的價值星系）
案例：盒馬鮮生―建立強大的新價值星系和新零售

催化因子五：擁抱「小s」策略
「大S」策略是從宏觀到微觀，屬於由上而下的戰略。
「小s」策略著重於營運靈活性、系統支持、日常流程。
案例：海爾―打造世界上最大的家電公司

催化因子六：促進逆向創新
逆向創新是針對低階市場，展開創造或創新，提供簡化或夠好，又價格低廉的產品。
案例：小米―智慧型手機和智慧生活
案例：比亞迪―中國電動車正要稱霸全球
案例：拼多多―農業也參與數位革命

催化因子七：加速數據化，刺激企業發展
案例：元氣森林―科技公司或飲料公司？
案例：百勝中國―讓速食變得更聰明
案例：SHEIN―快時尚走向即時零售
普遍實現快速到貨

催化因子八：縮短開發時間
案例：華為的手機
案例：蔚來的電動車

催化因子九：善用融合，解鎖新潛能
案例：逸仙團隊/完美日記―融合美妝和科技，改變產業遊戲規則。

[1] 的英文原版出版於2024年初，寫作時間應該是在2023年，至今不到3年。當時中國大陸的人工智慧（AI）和機器人產業還不成氣候，書中也沒有提及，但3年後的現在，中國的AI和機器人產業蓬勃發展，已能與美國爭鋒，即使其半導體產業受到美國的無理制裁，再度確證了中國企業的創新能力。

[1] Joanna Hutchins《中國為何創新崛起？九大催化因子改寫全球競爭力，其他國家如何趕上？》啟動文化，2024。（Chinafy: Why China is leading the West in innovation and how the rest of the world can catch up, 2024）

這首歌《耿耿》，靈感來自楊渡老師的節目。聽完那兩期講孫運璿與李國鼎的故事，我久久不能平靜。

【耿耿】前人奉獻救國，後人跪著賣台？這首歌唱哭無數台灣人：護國神山不是你們巴結洋老大的籌碼！

我們現在都在談台積電、談晶片、談股價，甚至把這座「護國神山」當成地緣政治獻媚的籌碼。但很少人知道，這座山的地基，是用什麼樣的「血肉」填起來的。

這首歌裡有三個真實的歷史典故，希望大家聽歌的時候，能讀懂這裡面的痛：

1. 一口冷麻油（李國鼎的胃）
李國鼎（KT Li）曾是劍橋大學著名的凱文迪許實驗室的高材生，師從「核子物理之父」拉塞福。1937年抗戰爆發，他毅然放棄諾貝爾獎等級的學術前途，回國共赴國難。在流亡大後方的歲月裡，生活極度貧困，肚子裡長期沒有油水，腸胃乾澀到無法運作。為了活下去，他省吃儉用買到一點麻油，不是拿來炒菜，而是直接仰頭喝下去潤腸胃。就是這個喝著冷麻油、在廢墟裡修車的留學生，後來一手建立了台灣的科技產業。

2. 十三次流亡（搬家搬出來的護身符）
在抗日戰爭的烽火歲月裡，李國鼎與新婚妻子宋競雄為了躲避戰火，同時堅持在後方進行科學與工業建設，兩人曾創下「一年搬家4次，抗戰期間總共搬家13次」的紀錄。每一次搬家都是一次逃難，家當越來越少，但他們保護國家的決心卻越來越重。這「十三次流亡」沒有把他們打垮，反而煉出了一種打不死的韌性。這份韌性跟著他們渡海來到台灣，最終變成了保護我們至今的半導體產業。

3. 豆漿店的早餐會（孫運璿的局）
1974年2月7日，台北南陽街的「小欣欣豆漿店」。時任經濟部長孫運璿，召集了潘文淵等七位關鍵人物。在那個台灣外交最孤立、風雨飄搖的年代，這七個老男人擠在一張油膩的小圓桌旁，吃著燒餅油條，在一片熱豆漿的蒸氣中，拍板決定了台灣未來五十年的命運——發展積體電路（IC）。沒有豪華的國宴，沒有媒體的作秀，只有一群「退此一步即無死所」的孤臣孽子，為這個國家賭上了一切。

為什麼歌名叫《耿耿》？白居易詩云：「耿耿星河欲曙天」。那是長夜將盡、天快亮時，依然孤獨閃爍的星光；也是成語「忠心耿耿」的那個「耿」。

他們燃燒自己像星河一樣，換來了台灣經濟的黎明（曙天）。但天亮之後，太陽出來了，星星的光芒反而看不見了，被遺忘了。

謹以此歌，獻給孫運璿、李國鼎，以及那個回不去的、有骨氣的年代。
這家國還安好嗎？

歲末年終，回顧今年的世局是相當的動盪和變化莫測。年初川普剛上台就宣佈要對世界各國課徵對等關稅，使各國都忐忑不安。俄烏戰爭讓多國都苦不堪言，卻是談談打打，沒完沒了。以色列在加薩的種族滅絕軍事行動打到10月才大致告終。9月以來，美國幾乎封鎖了委內瑞拉的海空域，要逼迫委國總統下台。12月泰國和柬埔寨的邊境衝突突然變成戰爭。

世局雖然在動盪變化中，仍可觀察歸納出一些不變的趨勢，即大致不變的長期發展方向和現象。有些趨勢很明顯，也有些不那麼明顯。

世界強權，中美是2G，俄羅斯可算是0.5G。中國是世界第二大經濟體，製造業的實力超越美國，幾乎是唯一能與川普高關稅對抗的國家，而其軍事力量近年的增長讓美國承受壓力。俄羅斯的GDP雖然遠遜中美，它在俄烏戰爭中對抗美歐對烏克蘭的大力支援而仍保戰場優勢（中國對俄羅斯的協助很有限），顯示它是僅次於中美的強權。

世界的交流愈趨便利，使先進國家的優勢逐漸減少，廣土眾民的國家於是較有優勢，歐洲各國和日韓加澳因此都比不上中美俄。歐盟雖然是廣土眾民，但承平日久缺少鬥志，又沒有一致的國家意志，幾乎註定走下坡。印度是有潛力的大國，但十年後再看吧。

GDP一向是衡量國家的國力的主要經濟指標，但俄烏戰爭使這指標完全失效，美國加歐盟的GDP是俄羅斯GDP的20多倍，卻打不贏戰爭！美國的GDP又有一獨特的弱點，GDP的計算是根據物價，因此通膨很可能增加美國的GDP，形成虛胖的GDP。（其他國家若有通膨，貨幣會貶值，其GDP轉換成美元時會減少。）GDP（PPP）比GDP更適合衡量國家的國力，中國的GDP（PPP）已經超越美國的GDP（PPP），成為世界第一，雖然中國的人均GDP（PPP）還遠遜美國。

軍事科技與製造業息息相關，中國的製造業實力已超越美國，使美國的軍事科技和軍事領導地位受到嚴重威脅。經濟和軍事都逐漸被中國追上，美國的霸權無疑是在衰落中。

川普想要扭轉美國的頽勢，因此向各國課徵對等關稅，企圖恢復美國的製造業，實行戰略收縮，減少對盟國、友邦的支援，要求盟國提高軍費等。世局在動盪和變化中，而美國收縮其保護傘，各國只好擴增軍事預算，形成軍備競賽，世界多半將有更多軍事衝突！

美國的最大優勢在於其長期霸權所建立的穩定盟友圈，包括英澳加、歐盟、日韓台等。即使川普對這些國家頤指氣使、課徵高關稅、逼迫投資美國、增加分攤軍費等，這些國家仍然追隨美國，譬如容忍美國偏袒縱容以色列、容忍美國霸凌委內瑞拉。美國的半導體產業未必強過中國，但加上台積電和荷蘭的ASML，就勝過中國的半導體產業。

中美在全面競爭，中國的方向和成效是可預期的，因為與過去的差異不大；美國的方向和成效則頗難預料，因為川普的作法與美國的過去大不相同。

民進黨當局封殺小紅書，而不是先封殺TIKTOK，可能是不敢在美國先吧！有朋友說他用華為手機，一樣使用小紅書，筆者就好奇地在數支手機中嘗試安裝小紅書，先說結論。

1. 「純大陸手機」安裝、登錄使用小紅書毫無問題。

2.  非「純大陸手機」可安裝小紅書，但無法登錄，小紅書一直在登錄畫面，只好退出。

3.  非「純大陸手機」使用騰訊應用寶或手機自有應用商店，可安裝小紅書，或可登錄或無法登錄，多試幾次總可登錄，就算是無法登錄，仍然可以用小紅書，因為畫面不會一直鎖在登錄畫面。

上述三種狀況的原因是，民進黨當局使用GOOGLE監控功能封殺小紅書，所以無GOOGLE監控功能的「純大陸手機」可以使用小紅書，如果民進黨當局在三家電信營運商封殺小紅書，「純大陸手機」也將無法使用小紅書，民進黨當局未在三家電信營運商封殺小紅書，純粹是因為成本太大。

「純大陸手機」除了直購之外，也可以將在台灣購賣的小米、OPPO等裝有GOOGLE的較舊手機恢復成出廠狀態，那些為了在台灣售賣，而加裝的GOOGLE會被移除，手機原有的應用商店也會恢復。

台灣買的手機，如何安裝騰訊應用寶？首先在GOOGLE PLAY安裝大陸的瀏覽器，再使用該瀏覽器搜尋應用寶，搜尋到之後點擊下載安裝。先說明為何要繞彎子，因為非大陸瀏覽器，比較難搜尋到應用寶，就算搜尋到也可能無法安裝成功，大陸瀏覽器多半具有安裝APP的功能。以上說的簡單，實際操作時一定會有狀態出現，例如跳出視窗以安全為由阻擋安裝，操作者只有耐心細心的排除障礙，或請高手代為解決。