「分離式能院系統研討會」致詞：奈米碳管的聯想

「分離式能源系統研討會」致詞：奈米碳管的聯想*

2004年 11月5 日 星期五

美國幽默作家馬克吐溫（Mark Twain），對報導他已死亡的消息發表談話說：「報載我已死的謠言是太誇張了。」2002年科學界最著名雜誌之一的「自然」曾有專文報導提及「奈米碳管炙手可熱已達十年之久，但由於成長操控的困難，應用前景難明，未來恐將轉為其他一維半導體奈米結構（如奈米線、奈米管、奈米帶等）的天下。」似乎敲響了奈米碳管的喪鐘。但兩年多來，奈米碳管依舊是科學家注目的焦點，在生長、物性了解上有長足的進步，顯示此時預測奈米碳管好景難再是過早了些。

奈米碳管的發現有一段曲折的歷史。科學家一般將發現奈米碳管歸功於日人飯島辰男（Sumio Iijima）。但事實上在飯島於1991年在「自然」雜誌報導他所製備的奈米碳管之前，文獻上已有記載。飯島最大的貢獻是他以原子分辨電子顯微鏡明確的觀察與分析出奈米碳管的結構。由於奈米碳管的特殊結構、物性與驚人的應用潛力，飯島的經典論文迄2004年底，已被「科學引用指數」(SCI) 論文引用4175次，而單單在2004年一年，被引用次數就超過了500次。（與此相較，

中研院朱經武與吳茂昆院士在1987年在「物理評顧快訊」發表之高溫超導體經典論文迄2004年底，已被引用4285次。）

因此說飯島為物理科學開啟了一個新領域並不為過。許多科學家預測飯島極可能是下一個日籍「諾貝爾獎」得主。談到飯島發現奈米碳管的結構有一段公案。原來在1980年代初期正當原子分辨電子顯微鏡漸趨普及之時，科學家要自行操作此儀器常須考獲執照，而術科標準試題正是攝取間距3.4埃石墨環之照片。現在我們知道奈米碳管的管壁即為石墨結構。假設當時有人設法將試片轉90度，很有機會解出奈米碳管的結構。如果有一天飯島因奈米碳管獲得「諾貝爾獎」，相信世界上有不少科學家會體會到與「諾貝爾獎」擦身而過的滋味。

很久以來學子們都知道鑽石與石墨都由碳原子組成，奈米碳管是人類發現純由碳原子組成的第四種穩定結構。第三種則是1985年發現的碳60巴克球，由60個碳原子結合成如足球之結構。巴克球是碳60英文名稱翻譯過來的簡稱，其大小亦為奈米尺寸，有很多希奇古怪的性質。和奈米碳管一起驅動大家對奈米結構相關的特性甚至它的應用探討的熱潮。

巴克球的發明人之一，克羅托（Harry Kroto）曾多次訪台講學。他原從事太空中星雲物質發射光譜的研究，在光譜中發現地球上前所未見的光譜線，後來與人合作嘗試在地球上合成時，意外發現碳60，並解出如足球之結構，榮獲1996年「諾貝爾化學獎。」克羅托在一次演講中提到，研究太空中星雲物質是一個冷門領域，「諾貝爾獎」對他來說，像是從天上掉下來的禮物（他的用語是足球，為雙關語），因此得獎與否與運氣（serendipity）有很大的關係。

據說在瑞典皇家學院宣佈他得獎前的當天早上，克羅托接到所申請研究計畫沒有獲得補助的壞消息，心情甚為鬱悶，待得獎訊息一宣佈，主管單位官員馬上趕來道賀，並決定補助他的研究計畫，讓人想起蘇東坡的觀潮詩「廬山煙雨浙江潮，未到千般恨不消，及至到來無一事，廬山煙雨浙江潮。」克羅托仍是克羅托，但榮獲「諾貝爾獎」後，得到不同的對待。看來科學家們應力爭上游，弄個「諾貝爾獎」榮譽，可從此不必擔心研究計畫未能獲得補助。

在奈米碳管應用方面，有人統計，僅僅在2001-2003三年間，聲稱在奈米碳管技術方面有所突破的正式新聞宣告至少有二十次之多，但迄今由於成長操控金屬及半導性奈米碳管的困難，真正達到產業化的產品則極為有限，主要應用仍是已有十年歷史，將奈米碳管埋置於結構材料中，以複合方式改進其機械強度以及電與熱的傳導。另一方面較有希望的是場發射平面顯示器應用，如能克服成本與量產問題，將有非常龐大的市場。

美國前總統尼克森（Richard Nixon）在1971年立法並撥款16億美元對癌症宣戰，希望在七年內消滅癌症。在三十多年後的今天來看，當時尼克森是太樂觀了些。人類對癌症宣戰雖然離贏得最後勝利尚遠，但在醫療方面已有相當可觀的進展。對奈米碳管的應用也許亦不應操之過急，基礎科學的突破往往沒有達到廣泛產業化應用的捷徑，但沒有今日的基礎研究，何來他日的殺手級應用？適切的檢討資源的有效運用可能是世界各國積極發展奈米科技（包括奈米碳管科技）之際必須共同面對的挑戰。

*原載「清華大學工學院產學研合作聯盟簡訊」第十五期，1-4 (2005)

「奈米科技研討會」致詞：奈米材料研究

「奈米科技研討會」致詞：奈米材料研究*

2004年 3月27 日 星期六

很歡迎各位來參加本次研討會。今天的研討會參與相當踴躍，有一個好的開始。當初戴主任跟我商量研討會的主題與形式時，雖然考量去年我們也舉辦了奈米科技研討會，由於奈米科技進展迅速且持續廣受注目，因此仍然決定以奈米科技為主題。而今天受邀演講者，都是這新興領域中最出色的學者專家。本人因是教育部追求卓越計畫的主持人，有義務辦一個研討會，向大家報告部分的成果，因此也忝列講員之一。

在近年奈米科技飛速發展中，在國內外都掀起一股熱潮，相信大家對[奈米]這個名詞都已耳熟能詳。事實上在1970年代就有日本學者Taniguchi即提出奈米科技的名詞，但直至近年來才受到大家重視，一般認為與美國柯林頓總統在2000年推出「國家奈米計畫」推波助瀾很有關係，其實主要還是由於時機成熟之故。目前觀測奈米結構與特性，已發展出許多適當的工具。而在理論了解上也有較厚實的基礎，同時也因為此領域進展到一定的地步，已可以看到應用的遠景。

本人以往對奈米科技可以說是旁觀者。由於很早就常利用原子分辨電子顯微鏡分析材料結構，並不覺得奈米結構本身有什麼特別新奇之處，因此本不打算趕流行、湊熱鬧。但近年來頗感受到這個領域的快速發展，體認到奈米科技重點是在奈米尺度的效應以及其特殊的影響。所以在一年多前也開始在此新領域做一些嘗試。因此今天也許可以在這裏以參與者的身分，與大家分享一下感想和心得。

一、新奇有趣：

奈米科技進展極為迅速，在研究中時常會得到許多有趣新奇的結果。有趣新奇當然是做研究的動力。最具體的反映在參與奈米材料研究的同學比其他同學主動用功，也比他們本身未涉入這領域時努力。我們研究組中研究奈米領域的同學每個禮拜都要報告新的成果，大體而言每週都有不錯的進展，相當令人興奮。

二、競爭激烈：

常有的經驗是正在做或是想要做的研究中，讓別人捷足先登。由於奈米科技是全世界很多優秀的研究者專注的目標，競爭空前的激烈

。這與我聽到過的笑話，有人認為他的研究在世界排第三名，而他的老師是世界第二名，太老師則是第一名，事實上全世界只有三個人在做，情況很不一樣。

三、合作的重要性：

在奈米材料研究上要領先不容易。要有競爭力，一個研究者或一個研究群，要在世界的舞台上競爭是很困難的，必須要多方合作。目前我本身作研究，合作對象包含物理、化學、化工，甚至生命科學領域的研究學者。生命科學這個領域將來最有突破的潛力，但要有與物理科科學結合也不是很容易。需要很多努力。同時奈米材料也是材料系的同仁間，互相合作的契機。要追求卓越挑戰突破，這種合作趨勢是不可避免的。

四、科技整合：

材料科學以往大體上是冶金學和固態物理的結合，如有固態物理的背景，是相當可以發揮的。但在奈米材料研究中，與化學及生命科學的領域常有交叉，尤其化學變得很重要。做研究時需要在化學方面

補強，和有化學背景的學者合作非常重要。

五、課程調整：

以往各學校材料系的趨勢是把化學課程逐漸刪減，如清大材料系學生本來必修物理化學，現在只剩下普通化學為唯一的化學必修課，而對奈米材料研究的趨勢，必須有些補正，奈米科技目前是萌芽期，大放異彩大概是10年後，在研究上要力求整合，共同努力。

*原載「清華大學工學院產學研合作聯盟簡訊」第十四期，1-4 (2004)