淺談Nanotechnology(奈米科技)

汽車美容業常使用奈米車體鍍膜藥劑從事車體鍍膜施工，如果我們只是拿著廠商提供的奈米鍍膜藥劑，對著車體塗塗抹抹，卻從不去了解何謂奈米科學，那不是很可笑的一件事嗎？本身研究所專攻奈米科學領域，將以奈米科學的進展區分成幾個主題來說明。首先以奈米科技發展歷史為主軸，先簡介讓各位對奈米科學發原有基礎認知，進而說明奈米科學理論，最後討論奈米科技在汽車美容業之應用，提到奈米鍍膜（nano coating），何謂奈米（nano）這一名詞源自希臘原意為侏儒的意思，在人類科技不斷的發展下，人類歷史已歷經了三次工業革命，從大家眾所皆知Watt發明的蒸汽機開始第一次的工業革命，歷經第二次電氣化，到第三次工業革命電子計算機的發展至使徹底改變人類生活，而奈米科技正在醞釀第四次的產業界工業革命，奈米科技有多重要，舉簡單例子來說明，以前電腦所使用的硬碟大如便當盒一般重量又重攜帶不方便，且容量以MB計算，時至今日已有硬碟廠商運用奈米科技研發微小硬碟，且容量動輒以GB計算，這就是奈米科技為我們啟動更便利的生活型態。

奈米科技的發展可溯源於諾貝爾物理獎得主理查．費曼（Richard Feynman）先生在1959年美國物理年會的一場演講，提出未來有一天，人類可能隨心所欲地利用小尺寸（奈米）材料並呈現出嶄新的應用。他亦提出未來可能將大英百科全書的內容記錄在像大頭針這麼小的容積裡，由此揭櫫了奈米科技的遠景。


↑重要電子零件目前可使用奈米鍍膜方式，防鏽蝕、抗汙，以避免電路短路造成人員財物損失

奈米是21世紀最熱門的名詞，現代人的日常生活中，到處都可看到它的蹤跡，奈米的用途非常廣泛，但是奈米到底是什麼？奈米跟公尺一樣，都是『長度』單位。１奈米＝十億分之一公尺。這樣的尺寸大約只有極小分子或 DNA 的大小，１奈米大約是 2 ~ 3 個金屬原子、或是 10 個氫原子排列在一起的寬度，一根頭髮的直徑大約是 30,000 ~ 50,000 奈米。雖說奈米很小但是原子比奈米更小，現今科學界已把大於100奈米的領域視為巨觀的世界，1奈米到100奈米的領域稱作介觀世界，小於1奈米稱作微觀世界。


↑紡織纖維目前也有使用奈米塗料可使衣物具有抗汙，易清洗與透氣排汗.…等特性

奈米科技的世界為原子、分子、高分子、量子點和高分子集合，並且被表面效應所掌控，如范德瓦耳斯力、氫鍵、電荷、離子鍵、共價鍵、疏水性、親水性和量子穿隧效應等…日本類玻璃素成分為“聚硅氧烷”屬於上烷基高分子為我們目前正在推廣的新式鍍膜材料，有別於一般二氧化矽材質，具有高度撥水性與施水性表現，這種疏水性表現又稱之為奈米塗料的蓮花效應，在大自然裡，我們注意到植物葉面常可保持潔淨而不被沾污，與葉面上具有奈米(100~200nm)規則排列的粗糙結構表面和最外層蠟質低表面能疏水材料有關，奈米粗糙面是保護葉面不被污染的首要因素，即使被污染物附著於其上，也可輕易地以水沖刷帶走洗掉，達到自清潔效果(Self-Cleaning Effect)，此即所謂的「蓮花效應」(Lotus Effect)。例如建築之隔熱節能塗料及自潔塗料與殺菌效果的奈米光觸媒塗料，以及汽車美容車體鍍膜塗料都是屬於仿造蓮葉具自清潔功能的疏水塗料表現。


↑侏儸紀時代的硬碟又大又笨重，可儲存容量極低，攜帶相當不方便


↑新型的硬碟利用奈米科技將之微型化，容量極高且易於攜帶

要達到超疏水性表面之功能必須具備兩項條件：表面粗糙結構與低表面能量。

一、表面粗糙結構：
常常聽到蓮葉出汙泥而不染，一般人認為蓮葉表面應該是相當光滑才能造成所謂的撥水效果，其實這是錯誤的觀念，蓮葉表面在高解析穿透電子顯微鏡觀察下，可以觀察到蓮葉表面有著大小約5~15微米的乳突狀結構，其上覆有奈米級類似纖毛結構，此奈米級表面結構係為造成蓮葉表面具疏水特性的原因。 蓮葉表面的微結構是粗糙的稱為「粗糙層」，該粗糙層能夠將空氣保留在粗糙層底部的空間，使外在的污物或液體無法完全沾附於蓮葉上，侷限在這奈米粗糙層中的空氣，其情形猶如在蓮葉表面形成一層氣墊(Air Cushion)，污物或液體是由空氣所支撐著，且蓮葉上盤交錯結的纖毛狀「臘質」，其結構亦有助於減少外來物與葉面間的接觸面積，都有助於疏水性與撥水性。

二、低表面能：
材料科學裡面提到表面能，其實一般外在說法就是表面張力，所謂表面張力常見的就是水滴成圓球狀，蓮葉上的水滴，針會浮在水面…等。水的表面張力係數約為72.75mN/m，而我們日本類玻璃鍍膜（聚硅氧烷）的表面張力係數約21.1～21.4mN/m，這說明日本類玻璃鍍膜為何擁有如此絕佳的疏水性與撥水性。

為了使車體鍍膜具有高度撥水性與抗汙性增加表面奈米級粗糙層與使用低表面能的鍍膜材料是往後新式車體鍍膜材料所追求的，以日本類玻璃鍍膜來說明

1.stage1超高硬度完全結晶型底層敷合防護劑：stage1施工完畢靜待2個小時後，漆面狀況用手指輕摸有種澀澀的觸感，這表示stage1已經在漆面上形成為粗糙層結構，也就是就算做stage1單層施工，車漆撥水感依舊強烈的因素。

2.stage2最新世代水觸媒貼合型表層結晶超光澤塗膜：由於日本類玻璃鍍膜（聚硅氧烷）擁有低表面能（低表面張力）所以當具有高表面張力的水一遇到低表面張力聚硅氧烷低所形成的漆面時，瞬間形成球狀水珠（撥水角極大水珠狀越明顯），這也就是日本類玻璃鍍膜為何需stage1與stage2兩劑分開施工原理。

（服務項目：汽車鍍膜，機車鍍膜，重機鍍膜，玻璃鍍膜，新車鍍膜，結晶型鍍膜，消光漆鍍膜，XPEL，XPEL漆面保護膜，XPEL隔熱紙，XPEL車身保護膜）

高雄匠車體鍍膜 2014.09.26(未經同意請勿拷貝)
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