大約在十多年前,有一次國科會召開全國有關奈米研究人員的會議。主辦人要我在開場的時候做一個演講來提高大家的興趣,我就準備了幾張自己畫的卡通,來講一講我認為的奈米科技。我曾經做過三個交大奈米中心的主任(奈米科技中心,奈米中心,國家奈米元件實驗室)。所以我應該有資格來談一談什麼是奈米科技。
其實奈米比原子要大多了,人們對原子甚至比原子更小的基本粒子都已經十分瞭解,所以奈米尺度的東西並沒有很多新的物理。它之所以現在才受人重視,是因為現代的科技讓我們有能力去製作並操控這些小東西,從而產生一些新的應用。
奈米科技大約是在這個世紀才開始紅起來的。一時之間風起雲湧,在科學界造成風潮,不管是誰都想在這裡面插一腳,它所需要的知識及技術門檻不高,所以誰都可以做這方面的研究。國科會及許多政府機構也推波助瀾,推出許多研究計劃案,於是各個學校無不卯足了全力推動這方面的研究,一時之間五花八門的研究計劃全都出爐。我曾審查過許多這些計劃。雖然有的計劃非常好,但也有不少濫竽充數,不知所云的。許多廠家也跟著起鬨,什麼奈米冰箱,奈米冷氣機,奈米衣,奈米襪全都出爐,好像只要沾到一點奈米的邊就可以多賣一點錢。
我畫的這幾張卡通其實有相當程度的諷刺的意味,我想要用這些圖來指出奈米研究的–些盲點,故事的主角是一隻青蛙和一隻小鳥。圖中有一口井,青蛙在井底,小鳥在井邊。青蛙看見小鳥就說:there is plenty of room at the bottom (這下面還有好多空間)。這句話是著名的物理學家費曼(Feynman) 在1959年一次會議上講的,那時純粹只是他的一個想法,根本算不上是科技。可是他的名氣大,大家就把這句話奉為圭臬,認為他是奈米科技的鼻祖。我想照費曼的個性,他如果地下有知一定非常生氣。
這句名言在井底之蛙口中說出自然沒有那麼深遠的意義。井邊的鳥聽到就回說,井底在哪裡我根本看不見。青蛙接著說,好吧那我就在下面把東西堆起來讓它高到你可以看見(build some thing from the bottom up)。由下而上是許多人喜歡用的方法,他們把分子堆疊起來成為一個奈米結構。這些人常是化學或材料方面的專家,但他們對實際的應用並不一定清楚。井邊的小鳥於是説:這看起來蠻不錯的,可是沒什麼用處。它就接着說:讓我從上面把東西放下去,讓你看看上面的世界。於是它就拿了一個水桶吊了石頭下到井裏。這就是奈米技術中由上而下的方法(top down approach)。但當青蛙看到這桶東西快速向下掉的時候,連忙說:小心,不要掉到水裡了。很多人認為所謂奈米科技,只不過是把尺度不斷縮小就行了。可是他們忘了大自然對小尺度是有限制的,量子物理告訴我們,一樣東西是不可能無窮的縮小。
所以奈米科技需要由上而下的技術,也需要由下而上的理論與技術基礎。一廂情願的作法常常是行不通的。當青蛙和上面的小鳥意識到這個問題,青蛙就決定自己上去看看,小鳥也決定下到井裡看看水到底在那裡。當這兩方面合作的時候,奈米才能成為一項有用且可行的技術。
經過多年,奈米科技的熱度已不及當年,許多紅極一時的計劃,現在都已消聲匿跡。真正留下來有學術及應用價值的寥寥可數。學術界追求時髦的結果浪費了國家的經費及人力資源。現在回過頭來看這個問題,當初許多人犯的錯誤就和井底的青蛙和井邊的小鳥一樣。青蛙看到的只是一小塊的天,小鳥的眼光也沒有那麼深遠。這幾張圖對奈米科技的描述真還蠻貼切的。