利用奈米技術不僅可突破現有半導體製程技術的瓶頸，開發出更細微的機器元件，且由於奈米尺度下物質特性的變化，可創造出許多神奇的新結構/新材料，有助於傳統產業的轉型升級。然而，在現實世界許多應用產品並未及或尚不需要到奈米等級，而許多微米級產品已在市面上銷售。目前不僅全球奈米技術研發當紅，因應電子資訊產品追求輕薄短小之趨勢，可支援奈米科技發展的微機電技術亦同樣受到重視。

　　近年微機電技術在微型化和精準化已有突破，除了微型感測器早已商品化外，MEMS在電機領域的應用以微流体技術最為成熟，其中尤以噴墨（Injet）產品之應用比重最高。另一方面，由於電腦CPU的散熱需求隨其功率提升而不斷增高，傳統散熱方式不是遇到散熱的瓶頸，就是成本過高；微奈米熱流技術的發展提供了未來解決電子散熱裝置問題的可行性，也因此世界各主要國家紛紛投入此一領域的研發工作。例如以液態冷卻技術而言，目前已有研究嘗試添加奈米微粒來改善電介質冷媒，並利用強制對流與MEMS元件（微流道）設計來主動提升熱交換效率。此外，奈米材料之應用亦是未來高熱傳導元件另一個值得開發的方向；藉由奈米微粒（如Cu、Al O ）來改善流體熱傳導效率，不過應用奈米流體時，分散技術是一個關鍵點。再者，目前工研院化工所正在進行一項高熱傳導碳材之開發，其具有很高的熱傳導率，並且具有低比重、輕量化及可撓性，適合CPU等各種3C產品散熱用、及為工業用散熱材料。此外，奈米碳管因具有優良的結構強度與高導熱性，亦為製造散熱片/熱泵的很好材質，不過目前奈米碳管受限量產規模，價格仍相當昂貴。

　　微奈米科技的應用範圍可遍及到IT領域、醫療、生物、化學、環境、能源、機械等各項領域，當物質做成奈米尺寸（尤其是10nm以下的大小）後，就可發揮出電氣、磁氣、光學、強度、耐熱性等全新物質特性；而藉由材料特性之提昇，開發出高效率儲能系統、高強度材料、壽命更長的商品已成為可能，這些新商品將可減低環境負荷，讓省能源、低成本材料來帶動經濟社會的永續發展。日本日立總和研究所亦預測未來5-10年奈米技術的應用市場規模， 2005年全球奈米市場值可達約0.8億美元，至2010年將成長為約1.1兆美元；其中，能源應用市場佔約5﹪。

　　奈米能源應用技術可從儲能與節能二個層面探討，其一為奈米儲能技術，涵蓋二次電池、微型燃料電池、高效能儲電元件等之開發；其二為奈米節能技術，包含奈米流體、與奈米晶體能源技術之應用。由於奈米級儲能材料具有高活性、大表面積、自組裝、超晶粒特性及特殊光電效應等功能，可開發比目前電池大數倍之高能量密度儲能系統。藉由應用奈米科技，將可擴大新能源產業、無公害汽車、行動終端機專用高性能二次電池等的嶄新市場。並且，因奈米材料具有顆粒微小化、比表面積大及光學性質特殊等功能，可大幅增加介質間的接觸面積、縮短本身的反應時間、展現優於傳統的熱傳效率；適於應用的節能產品包括：熱交換系統、節能窗、太陽能電池...等。
　
　　隨著奈米科技的進展，鋰電池電極材料粉體在奈米尺度下的電化學特性亦逐漸受到重視，近年已有不少業者利用奈米材料開發鋰二次電池的電極材料，包括：金屬氧化物奈米粉體、Fullerene、CNT等，以提高鋰電池的充放電速率及電容量。由於組成電極的粉體必須具有高表面積以降低單位表面的電流密度與電極極化，而粉體粒徑進入奈米等級後比表面積增大，較多的鋰離子可較快地由電極中嵌入遷出，因而可提高放電容量並具有良好的循環特性。

　　歐、美、日、韓等國最近有許多企業界投入甲醇燃料電池（DMFC）研發工作，其目標能取代鋰電池應用於小型攜帶電器產品上，如筆記型電腦、攝影機、個人數位助理（PDA）等。因奈米碳管技術創新突破，可應用於微燃料電池的儲氫材料，及最佳觸媒電極設計上，日本NEC，Sony Co.等也因擁有奈米碳管技術而投入微型燃料電池研發行列；NEC應用Nanohorn技術將使觸媒粉粒更細而有較佳接觸面積，Sony也使用Fullerene改進電解質，因而大幅提昇微型DMFC的性能。

　　微奈米技術亦可應用於傳統電機產業，藉以提升產品功能及附加價值；包括：利用MEMS感測器於白色家電、與小家電（如吹風機）上；此外，一些強調健康、高品質的電器廠商已開始運用奈米材料於家電、照明產品上，強調脫臭、保鮮、殺菌、自潔的效果成為新商品的賣點；例如：光觸媒日光燈、空調機與空氣清靜機等。另外，在瑞士的研究機構EPFL研究人員以奈米碳管作為場發射器，製成如同螢光燈管的外形與亮度（light intensity），雖然目前發光效率仍不及螢光燈管，但具有不需使用水銀的優點，為專業彩色照明提供另一個選擇。

　　至於電線電纜方面，目前國內廠商已有利用奈米材料開發環保電纜中重要原料阻燃劑之計畫，透過奈米科技新配方﹐使生產所需原料量減少﹐讓電纜塑料生產成本大幅降低一~二成，不僅提升了電纜的附加價值，並使電纜之整體導電性與絕緣性更佳。另外，CNT理論上可在室溫下超導（仍屬研究階段的初步結果，尚未被驗證），並具有很好的導電及熱傳導特性，且重量輕及結構強度高（高強度-重量比），是很好的電線電纜材料，能使電力傳輸的效率大幅提升；不過，因為目前CNT價格仍十分昂貴，奈米碳管電纜至少還要五年以後才有可能實用化。

　　根據本研究調查結果顯示，目前國內至少已有7家業者投入奈米技術研發，佔整體能源產業（此處能源產業範圍僅包含鎳氫、鋰電池、燃料電池、及其材料等產品項目）廠家數約三成；未來三年內，預計投入奈米科技研發之國內電池業者將增為13家以上，佔國內整體能源產業廠家數提高為約五成。而目前投入奈米科技研發的國內能源業者，主要的應用產品為鎳氫電池，其次為鋰電池、及燃料電池。國內鎳氫電池業者主要是應用奈米材料於鎳氫電池的隔離膜上，例如高銀化工率先推出的國產隔離膜、及勁華科技於2002年9月應用於電動車輛上的類似產品。至於目前國內鋰電池廠利用奈米科技之情形，主要是應用於電極材料、電解質（電解液）、隔離膜上。另外，在燃料電池之奈米技術研發方面，目前國內廠商主要的研發方向為奈米技術於燃料電池之電極、隔離膜、及儲氫材料之應用。

　　微奈米科技的研發投資不確定性高、風險性大，必須透過合作研發予以降低。並且，微奈米科技橫跨機、電、光、材等各種專業領域，若僅靠單方面的努力很難成功。因此，必須組成合作研發團隊，不管是以產業內上下游垂直整合的方式、或是包含產業間水平分工的合作模式，總之必須將各相關領域之專業人才納入共同研發才有勝算。目前我國在奈米技術之研發投入與技術成果除了比不上美、日等科技領先國外，甚至遠不如鄰近的南韓、及中國大陸，實在值得各界警惕。我國無論是政府部門、學術/研究機構、或產業界，均須更強化在微奈米技術領域之研發投資並蓄積研發能量，以爭取高附加價值的全球產業供應鏈定位。

====章節目錄====
第一章 緒論…1-1
　　第一節 研究動機與目的…1-1
　　第二節 研究範圍…1-3
　　第三節 研究方法與流程…1-5
　　第四節 研究限制…1-6
第二章 微奈米技術介紹…2-1
　　第一節 微機電系統（MEMS）技術…2-1
　　第二節 奈米技術…2-11
　　第三節 微奈米流體技術…2-31
　　第四節 微奈米技術的工具…2-42
第三章 微奈米技術發展趨勢與市場展望…3-1
　　第一節 世界主要國家之研發投入…3-1
　　第二節 全球MEMS元件市場預測…3-31
　　第三節 全球奈米技術市場預測…3-36
第四章 應用微奈米技術之重要電機產品市場…4-1
　　第一節 資訊產品元件…4-1
　　第二節 家電產品與其他…4-26
　　第三節 掃描探針顯微術(SPM)市場…4-39
第五章 奈米技術應用於能源市場分析…5-1
　　第一節 鋰二次電池…5-2
　　第二節 燃料電池…5-17
　　第三節 太陽電池…5-42
　　第四節 電致色變節能窗…5-67
第六章 國內電機與能源產業微奈米技術應用與發展…6-1
　　第一節 國內傳統產業微奈米技術應用現況…6-1
　　第二節 國內微奈米技術研發現況與趨勢…6-25
第七章 結論與建議…7-1
　　第一節 總論…7-2
　　第二節 國內產業競爭力分析…7-6
　　第三節 建議…7-14


====表目錄====
表2-1 各種微加工技術比較…2-8
表2-2 奈米微粒表面原子數與表面能量估計…2-14
表2-3 奈米微粒材料的製備方法…2-15
表2-4 全球奈米粉體應用市場預估…2-16
表2-5 應用於電機與能源領域之奈米粉體…2-18
表2-6 光觸媒的種類及其應用…2-21
表2-7 日本光觸媒材料的市場規模預測…2-23
表2-8 日本光觸媒應用製品市場預測-依用途別…2-24
表 2-9 奈米碳管主要合成方法及其相關技術應用…2-26
表2-10 碳奈米管之潛在用途…2-28
表2-11 日本奈米碳管相關生產廠商…2-29
表2-12 微‧奈米流體技術分類…2-32
表2-13 奈米檢測分析方法比較…2-43
表2-14 各種掃描探針顯微術…2-45
表2-15 探針型儲存技術之記錄密度…2-49
表3-1 各國研發微機電之經費…3-1
表3-2 美、日、歐三地區微機電系統技術發展過程比較…3-2
表3-3 日本第六、第七次前瞻計畫微機電技術相關議題…3-5
表3-4 德國前瞻計畫微機電技術相關議題…3-7
表3-5 工研院微系統載具與核心技術…3-11
表3-6 國內主要學術/研究單位微機電系統發展重點…3-12
表3-7 我國主要MEMS廠商及開發產品…3-13
表3-8 全球奈米技術相關專利申請企業排名(1991~2000年)…3-15
表3-9 美、日、歐奈米技術研發競爭力比較…3-17
表3-10 美國政府各部門資助奈米技術研究的金額…3-19
表3-11 美國NNI計畫參與單位及其研發項目…3-20
表3-12 工研院已開發及開發中奈米科技…3-29
表3-13 國內廠商進入奈米科技領域實例…3-30
表3-14 MEMS感測器與MEMS致動器之主要元件…3-31
表3-15 2001~2006年全球MEMS市場發展趨勢…3-32
表3-16 2001~2006年全球感測器市場發展趨勢…3-33
表3-17 2001~2006年全球致動器市場發展趨勢…3-35
表3-18 2001~2006年全球MEMS市場應用領域…3-35
表3-19 奈米技術應用市場推估（2010年）…3-38
表4-1 全球熱管理硬體市場預測…4-1
表4-2 單晶片預測最大發熱量…4-3
表4-3 各種冷凍冷卻技術進行電子散熱的特性比較…4-6
表4-4 全球PC市場規模預測…4-7
表4-5 全球熱沉市場規模預測-按應用市場分…4-8
表4-6 全球熱導管市場規模預測-按應用市場分…4-15
表4-7 工研院化工所高熱傳導碳材特性…4-20
表4-8 噴墨印表機主要廠商…4-22
表4-9 開發光觸媒應用產品之主要家電廠商…4-27
表4-10 日本主要家電產品市場規模…4-28
表4-11 中國大陸主要家電市場規模…4-28
表4-12 美國SPM市場規模預測…4-42
表4-13 全球主要掃描探針顯微技術（SPM）參與廠商…4-43
表5-1 主要二次電池的性能比較…5-3
表5-2 全球小型二次電池市場需求值…5-5
表5-3 全世界小型二次電池需求量預測…5-5
表5-4 鋰離子電池之零組件及材料…5-6
表5-5 以奈米材料為鋰二次電池電極材料之研發廠商…5-8
表5-6 奈米改質型負極材料之性能與價格比較…5-10
表5-7 各種發電技術的優缺點比較…5-17
表5-8 燃料電池的應用領域與規格需求分析…5-18
表5-9 全球燃料電池發電市場預測…5-19
表5-10 全球燃料電池車市場預測…5-20
表5-11 全球可攜式燃料電池市場預測…5-21
表5-12 直接甲醇燃料電池(DMFC)之研發廠商…5-22
表5-13 各種燃料電池特徵與比較…5-24
表5-14 具Pt/Ceria觸媒的水-氣-移除反應器與傳統反應器比較…5-35
表5-15 奈米微粒應用於燃料電池的型態…5-40
表5-16 應用於燃料電池的奈米微粒（含貴金屬）市場規模預測…5-40
表5-17 研發燃料電池用奈米材料的主要廠商…5-41
表5-18 全球太陽光電系統市場規模預測…5-43
表5-19 太陽電池種類及材料…5-43
表5-20 全球太陽光電模組（PV Module）出貨量預測…5-44
表5-21 直接生產成本($/m2) 及轉換效率關係之模板成本($/Wp)…5-44
表5-22 日本太陽能電池的開發課題與研發動向…5-50
表5-23 利用奈米技術開發太陽電池之主要廠商…5-51
表5-24 光合成電池的基本過程…5-56
表5-25 染料敏化太陽電池轉換效率之現況及未來…5-61
表5-26 電致色變元件與懸浮粒子元件調節能力比較…5-74
表6-1 國內投入微奈米技術研發的主要電機廠商…6-2
表6-2 國內家電業應用奈米材料於家電產品一覽表…6-4
表6-3 國內家電廠商對微奈米技術應用之需求…6-4
表6-4 國內主要家電產品市場規模…6-4
表6-5 國內PC生產規模…6-5
表6-6 國內PC熱管理技術開發廠商…6-6
表6-7 小型二次電池之主要應用市場規模（出貨量）…6-9
表6-8 國內鋰電池上中下游產業關聯分析表…6-11
表6-9 國內電動車輛市場規模…6-12
表6-10 國內能源業者未來計畫投入奈米技術研發之產品項目…6-17
表6-11 微噴孔片製造技術比較…6-25
表6-12 工研院機械所微噴孔片研發技術指標規劃…6-26
表6-13 工研院機械所高效率微型均熱片技術發展規劃…6-28
表6-14 工業技術研究院已建立之奈米材料基礎…6-30
表6-15 各種熱傳導材料比較…6-35
表6-16 工研院開發之奈米技術電池隔離膜與其他國家相較…6-40
表6-17 燃料電池產業技術水準國際比較…6-43
表6-18 染料敏化太陽電池核心技術…6-45
表7-1 台灣電機產業發展微機電技術的SWOT分析…7-8
表7-2 國內燃料電池產業發展SWOT分析…7-13
表7-3 國內能源產業發展奈米技術產品之國際競爭優/劣勢-廠商意見…7-14


====圖目錄====
圖1-1 研究架構圖…1-4
圖1-2 研究流程…1-6
圖2-1 MEMS製造技術分類…2-2
圖2-2 犧牲層技術之基本概念…2-3
圖2-3 體型微加工基本概念…2-4
圖2-4 光刻鑄模製程示意圖LIGA技術…2-6
圖2-5 微機械加工法分類…2-7
圖2-6 接合技術分類…2-8
圖2-7 MEMS之檢測技術分類…2-10
圖2-8 奈米材料與元件的特性…2-11
圖2-9 奈米技術發展里程碑…2-13
圖2-10 奈米微粒的應用市場分析…2-17
圖2-11 光觸媒的工作原理…2-19
圖2-12 光觸媒自淨（self cleaning）機制…2-19
圖2-13 氧化鈦之粒徑與晶相對分解能力之影響…2-21
圖2-14 各類型純碳物質之碳原子結構圖…2-25
圖2-15 碳奈米管應用專利地圖…2-30
圖2-16 流體的分類與應用模型…2-33
圖2-17 典型的微流道…2-35
圖2-18 微流體流感測器…2-36
圖2-19 被動式微閥…2-36
圖2-20 壓電式微幫浦…2-37
圖2-21 微流體系統—微冷卻系統…2-38
圖2-22 Cu/ethylene glycol奈米流體…2-39
圖2-23 ethylene glycol奈米流體在不同奈米粉體之體積分率下之熱傳導係數變化…2-41
圖2-24 water奈米流體在不同奈米粉體之體積分率下之熱傳導係數變化…2-41
圖2-25 各種檢測分析設備影像解析度及偵測極限值…2-45
圖2-26 掃描探針顯微鏡系統架構圖…2-47
圖3-1 世界各國政府投資於奈米科技之研發經費…3-14
圖3-2 遠東地區各國奈米技術政府投入經費比較（2002年）…3-14
圖3-3 奈米科技美日競爭力比較…3-17
圖3-4 奈米技術應用市場預測（2015年）…3-38
圖3-5 奈米技術之主要產品實用化里程碑…3-40
圖4-1 全球熱管理硬體市場規模（2000年）-按應用市場分…4-2
圖4-2 DRAM的莫耳定律(MOORE’S LAW)…4-2
圖4-3 CPU的莫耳定律(MOORE’S LAW)…4-3
圖4-4 電子散熱技術發展趨勢…4-4
圖4-5 微流道晶片（MICROCHANNEL CHIP）…4-9
圖4-6 微流道製作過程…4-9
圖4-7 特殊微通道微熱交換器…4-10
圖4-8 美國STANFORD大學之電滲微通道冷卻系統設計…4-12
圖4-9 電滲幫浦及其主動幫浦結構…4-12
圖4-10 使用擴散器/微噴嘴之無動件微幫浦…4-14
圖4-11 微熱管示意圖…4-16
圖4-12 美國伊利諾大學所開發的IMCC設計…4-18
圖4-13 全球噴墨匣市場出貨量…4-21
圖4-14 全球噴墨印表頭MEMS元件市場…4-21
圖4-15 噴墨頭結構…4-23
圖4-16 壓電式噴墨頭工作原理…4-24
圖4-17 MEMS元件應用於家電市場規模預測…4-27
圖4-18 日本空氣清淨機市場規模…4-29
圖4-19 東芝光PLASMA商業用空氣清淨機基本構造…4-31
圖4-20 日本東芝冰箱光PLASMA脫臭抗菌裝置的構造…4-32
圖4-21 日立GE照明之光觸媒螢光燈管…4-38
圖4-22 SPM技術之應用領域…4-40
圖5-1 未來高能量鋰電池與材料技術發展里程圖…5-2
圖5-2 全球鋰離子電池需求量分析…5-4
圖5-3 鋰離子電池工作原理…5-6
圖5-4 3G行動電話對電池能量密度的規格需求…5-7
圖5-5 具奈米氧化物鍍層之負極碳材表面結構圖…5-10
圖5-6 以MWNT為電極的鋰二次電池設計（實驗電池）…5-12
圖5-7 鋰鎳鈷材料之奈米氧化物鍍層TEM結構圖…5-13
圖5-8 鋰鎳鈷材料經由奈米氧化物鍍層表面處理後之DSC放熱圖…5-14
圖5-9 智慧IC卡與薄膜電池之結構示意圖…5-15
圖5-10 奈米氧化物纖維之SEM表面結構圖…5-16
圖5-11 奈米氧化物纖維之大電流充放電圖…5-16
圖5-12 直接甲醇燃料電池（DMFC）之工作原理…5-25
圖5-13 DMFC系統示意圖…5-26
圖5-14 Arthur D. Little公司對10瓦DMFC(含燃料處理裝置)的成本分析…5-27
圖5-15 奈米複合化Pd/Mg 多層薄膜…5-39
圖5-16 太陽電池光電轉換的基本原理…5-46
圖5-17 太陽電池的電壓-電流特性曲線…5-46
圖5-18 直接能隙材料(如Ge、GaAs)與間接能隙材料(如Si)電子能量與波向量(Wave Vector)之關係圖…5-47
圖5-19 太陽電池的量子效率與太陽光光譜之關係…5-48
圖5-20 矽奈米線2d-confinement Silicon quantum wire…5-52
圖5-21 矽奈米線之Band Diagram與晶柱直徑(L)之變化關係…5-52
圖5-22 矽奈米線之 Photo Luminescence (PL) 發光實驗結果…5-53
圖5-23 矽奈米線/單晶矽太陽電池(Si nano-wire/Si)對不同色光之頻譜響應…5-54
圖5-24 Grazel型濕式太陽電池之設計概念…5-55
圖5-25 染料敏化太陽電池奈米多孔性晶體電極運作示意圖…5-59
圖5-26 使用於染料敏化太陽能電池之Ru配體光敏染料分子…5-60
圖5-27 太陽電池的專利地圖分析（1996-2002年）…5-61
圖5-28 Schottky型太陽電池結構圖…5-63
圖5-29 硒化鎘奈米管與P3HT複合太陽電池…5-64
圖5-30 TiO2 -Pt光化學電池的能源圖解…5-65
圖5-31 光充電式金屬氫化物/空氣電池的構成…5-66
圖5-32 非變色型（被動式）節能窗基本構造…5-69
圖5-33 非變色型節能窗的太陽能控制（包括反射、穿透、吸收與再幅射）…5-69
圖5-34 理想與商品化的被動式節能窗穿透性能設計…5-70
圖5-35 典型的電致色變元件構造與其光電調節效果…5-71
圖5-36 氧化鎢電致色變薄膜變色與去色時穿透頻譜變化…5-72
圖5-37 懸浮粒子元件（非極化高分子）的光調節現象…5-73
圖5-38 液晶調光元件的光調節現象…5-73
圖5-39 互補式電致色變元件之調節速度與產品使用壽命…5-75
圖5-40 奈米晶體電致色變元件構造…5-76
圖5-41 Viologen氧化還原發色團分子結構與電荷移轉機制…5-77
圖6-1 國內噴墨印表機市場規模預測…6-7
圖6-2 國內小型二次電池市場規模…6-10
圖6-3 國內鎳氫電池上中下游產業關聯分析…6-11
圖6-4 國內能源業者的奈米技術來源…6-15
圖6-5 國內能源業者奈米技術研發產品之廠商家數分佈…6-16
圖6-6 華新奈米材料技術發展規劃Roadmap…6-24
圖6-7 高效率微型均熱片散熱技術…6-28
圖6-8 工研院化工所高熱傳導碳材…6-35
圖6-9 國內未來奈米材料與製程技術發展規劃…6-37
圖6-10 工研院材料所研發之高潤濕性電池隔離膜處理程序…6-40
圖6-11 複合鋰電池負極材料（SnO2/C）之電化學特性…6-41
圖6-12 工業技術研究院在直接甲醇燃料電池的技術發展規劃…6-44
圖6-13 國內未來奈米能源應用技術發展規劃…6-47
圖7-1 國內電機產業技術奈米化競爭力分析…7-11