Page 1

1 子計畫二： 親身體驗奈米仿生科技 計劃主持人：李旺龍　副教授

---

Page 2

2 目錄 一. 計劃說明………………………………………………………… 4 1-1 奈米仿生科技 ………………………………………………… 4 1-2 參與對象 ……………………………………………………… 5 1-3 如何體驗奈米仿生 …………………………………………… 5 1-4 協助機構及人員 ……………………………………………… 6 二. 親身體驗奈米仿生規劃……………………………………… 7 2-1 體驗流程規劃 ………………………………………………… 7 2-2 第一年流程規畫 ……………………………………………… 8 2-2.1 第一年預計流程 ……………………………………… 8 2-2.2 流程說明 ……………………………………………… 8 2-2.3 親身體驗奈米實驗行程表 …………………………… 10 2-3 第二年流程規劃 ……………………………………………… 10 2-3.1 第二年預計流程 ……………………………………… 10 2-3.2 流程說明 ……………………………………………… 11 2-2.3 親身體驗奈米實驗行程表 …………………………… 12 三. 奈米仿生科學探索 …………………………………………… 13 3-1 奈米仿生科學探索規畫 ……………………………………… 13 3-2 奈米仿生科學探索進行方式 ………………………………… 13 3-3 奈米仿生科學探索進行流程圖 ……………………………… 14 四. 親身體驗奈米仿生實驗……………………………………… 15 4-1 活動名稱定義 ………………………………………………… 15 4-2 實驗內容規劃說明 …………………………………………… 15 4-3 奈米魔術秀(Nano Magic Show)內容………………………… 16 五. 探索科學系列模組 …………………………………………… 17 5-1 探索科學系列模組用處 ……………………………………… 17 5-2 探索科學系列模組內容 ……………………………………… 17 六. 奈米仿生科學探索 …………………………………………… 18 6-1 奈米仿生科學探索題目規畫 ………………………………… 18 6-2 奈米仿生科學探索內容 ……………………………………… 18 七. 成效評估之方式 ……………………………………………… 19

---

Page 3

3 八. 將遭遇之困難及可能解決途徑 …………………………… 19 九. 預期效益………………………………………………………… 20 預定進度(以甘梯圖表示) ……………………………………… 21 【附件一】微奈米科技研究中心 ……………………………… 23 【附件二】CIC 簡介 ……………………………………………… 26 【附件三】微奈米科技研究中心、CIC 合作同意書 ……… 30 【附件四】合作學校同意書……………………………………… 32 【附件五】規劃體驗模組內容…………………………………… 36 【附件六】學習單…………………………………………………… 87 98 年度國科會科教處申請補助科普活動分類表……………………… 88 國科會科教處補助科普活動績效自評表……………………………… 89

---

Page 4

4 一.計劃說明 依據 98 年度國科會科教處「中小學學生的科學探索─親身體驗真 實科學計畫」整合型計畫徵求書提出本計劃。 所開放的重要研究室：國立成功大學微奈米科技研究中心【附件一】、 國家實驗研究院國家晶片系統設計中心【附件二】(如【附件三】簽署 同意合作文件)。 所選擇之目標對象：中小學同學因為尚未專長分科，在學習上不具排 他性，吸收能力強；目標對象將以以往在奈米人培計畫較被忽略的中 小學階段，小學較無功課壓力及高中有科展的誘因，初步聯繫將以高 雄縣路竹小學及台南一中資優班、台南女中及南科國際實驗高中為合 作對象(如【附件四】簽署同意合作文件)。偏遠地區台東大學附屬小 學等學校也將在第二年度起參與本計畫的體驗活動。 1-1 奈米仿生科技 大自然的奧秘，是人類探索不完的無底洞，同時也是人類珍貴的學習寶 庫。在這學習寶庫中，擁有微奈米結構或有奈米現象的生物比比皆是，像是 蓮花表面的細微結構可以疏水，同時也擁有自我潔淨的功能，被人類所模仿， 拿來作為不吸水的布料、奈米塗料在建築的表面微結構等…。蝴蝶翅膀的豔 麗是因為鱗粉所排成的奈米週期性多層次結構，此週期性的奈米結構又稱為 光子晶體，光子晶體也被拿來大量運用在微波工程之中，可望在不久的將來， 光子晶體將可以取代電晶體，使電腦有更高的運算能力，光子晶體光纖取代 電線，達到更好的傳輸能力。以上是相當常見的奈米仿生學，但在一般常見 的生物中還有著許多表現值得我們去學習模仿，像是蒼蠅身上就具有許多的 細毛去協助感知、複眼使它在黑暗中可以感知微弱的動靜、協助飛行控制的 平衡棒、可以黏附在天花板或牆壁上的足墊以及可以來回拍翅數百萬次的而 不斷裂的節肢彈性蛋白關節，這些都使蒼蠅變成製作設計微型飛行器所需要 學習的對象；蚊子在叮咬時的切割皮膚及切木蜂(wood-wasp)利用其微型切割 器靠彈性滑動接頭接合的兩片鋸齒狀切割刀片去切割木頭的方法，都有機會 讓我們去開發微型注射器。在奈米技術或微系統技術中常常僅能開發製作出 微小面積上的具有特定功能的微細結構，至於大面積上佈滿了微細尺度的結 構則是無法達成，至少在成本及時間考量上是這樣的。如何製作巨大面積的 微型結構或是多層次尺度下的週期性結構是現今技術的一大挑戰！生物本身 就具有這樣的特徵，在足夠大的面積上，具有數不清的微細結構，並且展現

---

Page 5

5 出多層次微細結構的整體特徵，在電子顯微鏡下令人驚嘆不已！蓮花(葉)效 應、壁虎剛毛及蝴蝶光子晶體效應都是代表性的生物結構。 由於生物本身就具備滿滿的奈米表徵，並且以巨觀的行為展現其獨特能 力；本計畫規畫藉由日常生活隨處可見的生物(動植物昆蟲)，從生物卓越的 能力出發吸引學生參與，藉由簡易實驗操作讓學生親身體驗奈米科技的威 力，藉由採集生物製作試片教導學生實驗方法及藉由使用微奈米科技研究中 心及 CIC 的高階設備進行奈米仿生科學探索。 1-2 參與對象 現今尖端科技的研究中，奈米科技是一門熱門的課題，成功大學奈微所 是以理工醫農等師資及學生組成，強調跨領域研究。教育部前幾年執行的奈 米 K12 也卓有成效，對中小學生也深植一些奈米觀念，但是在親身體驗方面 的操作或是利用高階設備的經驗則較為缺乏。本次計劃的對象以中、小學生 為主，另外將廣招高中職生，一同參與奈米仿生科學探索研究，未來高中職 同學有機會將參與奈米仿生探索研究的課題作為科展之題目，並藉助於成大 微奈米中心之高階設備，使科展內容更加豐富充實。 計劃一開始將邀請台南一中、台南女中、南科國際實驗高中、路竹國小 率先於第一年參與本計劃親身體驗奈米實驗及探索奈米仿生課題，合作同意 書請參照附件二。經過評估學習成效後，將會依據中、小學生能力調整親身 體驗奈米實驗及探索奈米仿生課題的內容難易度，使親身體驗奈米實驗內容 更榛至完備；並於第一年結束前邀合作學校及偏遠地區學校親身體驗本計劃 的各項模組。 1-3 如何體驗奈米仿生科技 微奈米科技由於尺度關係，在觀測上常常需要很多的高階設備，如何以 精巧的方式讓中小學生感覺體驗，是本計劃上的一個貢獻。中、小學生所擁 有的專業知識能力並不足以了解奈米現象所依據的理論，但對於去認識、去 感覺一些簡單的奈米現象並不是一件難事，尤其是從日常生活常見的現象去 解釋，將有助於讓小朋友了解，故奈米仿生科技就是一項利器，生物上滿滿 的奈米結構及展現出來的卓越能力就可以吸引中、小學生的目光。預計先讓 他們先進行體驗奈米仿生相關實驗，讓他們對奈米技術及生物能力感到好 奇，並且覺得不可思議，進而誘發出他們學習的興趣，再來就是課堂說明剛 剛所體驗到的奈米技術及生物能力的機制是基於什麼原因產生的。經過這樣 的規劃流程，必定讓他們印象深刻。

---

Page 6

6 對於高中職生來說，也一樣先讓他們操作奈米仿生體驗模組，誘發出他 們的興趣，再配合課程講解，同時也利用規劃的探索主題引導高中職同學進 入奈米仿生探索模組，由我們選出一些有趣且稍微有點難度的題目給他們， 讓他們自已去找相關仿生資料，適時的給他們一點引導，不至於對仿生奈米 失去興趣，並協助他們使用微奈米科技研究中心的機台，激起他們對於探索 事實真理，並配合他們所找到的資料並進行深入研究，經過這些程序，他們 一生都會記得人生這段寶貴的歷程。 1-4 協助機構及人員 由於需要製作仿生的微奈米結構，觀測及量測生物或仿生的微奈米結 構，都將借助成功大學微奈米科技研究中心的設備及場地執行，若有需要將 再借助ＣＩＣ(National Chip Implementation Center)的設備及場地，以上 兩單位合作同意書，請參照【附件三】。另外教學及協辦活動人員部分將由 計劃主持人及成功大學研究生為主，若有需要將聘請教授或相關專家講座。

---

Page 7

7 二.親身體驗奈米仿生規劃 2-1 體驗流程規劃 本計劃兩年期，除科學探索一開始就進行外(98 年 5 月~99 年 4 月)，第 一年的計劃在於規劃試教修正親身體驗及課程模組的流程及難易度，等試教 修正結束時，第二年(99 年 5 月~100 年 4 月)就會進行正式版的體驗流程。 98 年 5 月~98 年 8 月持續規畫體驗模組，於 98 年 9 月~99 年 1 月為試教 修正期，行程如下： a. 98 年 9 月初至台南一中做奈米仿生簡介及授課。 98 年 9 月中，台南一中至微奈米科技研究中心進行親身體驗奈米仿生。 98 年 9 月底，根據反應進行修正課程及體驗模組。 b. 98 年 10 月初至台南女中做奈米仿生簡介及授課。 98 年 10 月中，台南女中至微奈米科技研究中心進行親身體驗奈米仿生。 98 年 10 月底，根據反應進行修正課程及體驗模組。 c. 98 年 11 月初至南科國際實驗高中做奈米仿生簡介及授課。 98 年 11 月中，南科國際實驗高中至微奈米科技研究中心進行親身體驗奈 米仿生。 98 年 11 月底，根據反應進行修正課程及體驗模組。 d. 98 年 12 月初至路竹國小做奈米仿生簡介及授課。 98 年 12 月中，路竹國小至微奈米科技研究中心進行親身體驗奈米仿生。 98 年 12 月底，根據反應進行修正課程及體驗模組。 e. 99 年 1 月，修正完畢，正式邀請合作學校到成大微奈米研究中心親身體 驗，並邀請偏遠地區學校或一般民眾進行課程講授、模組體驗。 第二年親身體驗奈米仿生活動，預計一個月一至兩場，對象則廣招各中、小 學、高中職生及一般民眾。

---

Page 8

8 2-2 第一年流程規畫 2-2.1 第一年預計流程 2-2.2 流程說明 奈米仿生授課： 第一年計劃的奈米仿生授課，將由講師至各個參與學校講授三到四小時 的課程，除了上課還包括一些當場做的簡單小實驗，引起他們對於奈米仿生 的興趣。並於授課後做一些問答互動，贈送關於奈米仿生的小禮物，使得他 們有興趣親身體驗奈米仿生活動。 奈米仿生學探索(高中職生適用) 上過奈米仿生課程後，將於第一年計劃(98 年 5 月~99 年 4 月)主動邀請 一批對於想參加科展的高中職學生來參與奈米仿生科學探索，初步已和台南 一中、台南女中及南科國際實驗高中達成合作意願(【附件四】)，優先讓何 做學校的學生參與本計劃，並協助反應課程的難易度，以便試教修正。預估 奈米仿生科學探索(高中職生適用) 微奈米科技研究中心參訪 體驗奈米仿生實驗(奈米魔術秀) 魔術破解 創意大考驗 奈米仿生科技簡介及授課

---

Page 9

9 參與的高中職同學每週將都會至微奈米科技研究中心討論報告進度，並給予 協助。 微奈科技研究米中心參訪： 奈米技術在現今都是需要一些高階的檢測設備協助，所以參訪微奈科技 研究米中心為不可缺少的行程，將會請微奈科技研究米中心的技術員或博士 後研究員帶領他們參觀，並做簡單的介紹。參觀內容：4F 無塵室外，觀看整 套半導體製程的機台，3F 的共軛焦 3D 光學表面形貌量測儀 (3D Confocal Micorsopce;Nano Focus)等機台，1F 的高解析熱電子型場發射掃描式電子顯微 鏡 (High-Resolution Thermal Field Emission Scanning Electron Microscopy; FE-SEM 7001) 及原子力顯微鏡 AFM 等機台。由於以上機台分散在科技大樓 不同樓層(大致可分為三塊區域)，故預定將參訪人員分成三組進行參觀。參 訪時間預定在一個小時到一個半小時。 體驗奈米仿生實驗： 初步已規劃九大單元作為體驗奈米仿生實驗的內容(請參考【附件五】)， 各單元下擁有多個小實驗，讓不同梯次的人來都有不同的體驗，以保持活動 內容的新鮮度，讓他們體驗後下次還想再來體驗不同的實驗。 目前體驗奈米仿生實驗活動時間預定為三個小時，並且將人數控制在一 組 8 個人，共五組(將依實際人數作調配組別數)，做一個輪調性的體驗(類似 活動中的跑關)，每個單元約花費 30 分鐘。 魔術破解： 體驗完所有奈米仿生實驗後，會集合所有人，把這次活動體驗到的八個 的單元實驗做一次講解，說明這些看似魔術的實驗背後，是什麼真理。約花 費半小時。 創意大考驗： 破解完魔術後，接踵而來的創意大考驗，是要讓他們把今天所看到的奈 米現象看看可以用在哪些地方，做一個創意的發揮，這樣遠比做一個測驗還 要來的有意義。約花費半小時。 一整天的流程結束後，將會規劃學習單(【附件六】)讓小朋友填寫，以 便試教修正及學習評估。

---

Page 10

10 2-2.3 親身體驗奈米實驗行程表 活動 當天行程時間 報到 8:30~9:00 微奈米科技研究中心簡報 9:00~9:30 微奈米科技研究中心實驗室參訪 9:30~11:00 奈米仿生科技簡介 11:00~12:30 午餐 12:30~13:00 體驗奈米仿生實驗 13:00~16:00 魔術破解 16:00~16:30 創意大考驗 16:30~16:45 交回學習單 16:45~17:00 將編列旅費補助偏遠地區學校。且編列餐費提供參訪的學員中餐。 2-3 第二年流程規劃 2-3.1 第二年預計流程 微奈米科技研究中心參訪 體驗奈米仿生實驗(奈米魔術秀) 魔術破解 創意大考驗 奈米仿生科學探索(高中職生適用) 奈米仿生簡介及授課

---

Page 11

11 2-3.2 流程說明 奈米仿生探索(高中職生適用) 由於在第一年試教修正後，教材及經驗已趨近完備。將於第二年計劃(99 年 5 月~100 年 4 月)主動邀請一批對於進階奈米仿生探索有興趣的高中職學 生來參與，以高一升高二的學生為主，以奈米仿生為主題的學生參與探索。 預估將利用暑假密集至微奈米科技研究中心做討論，開學後每週將都會至成 大微奈米中心報告討論進度，並給予協助。 奈米仿生授課： 第一年計劃的奈米仿生簡介及授課是由講師至各個參與學校講授三到四 小時的課程，但第二年的課程將與體驗奈米仿生活動做結合，都以接受中小 學學校申請或是邀請學校方式到成大微奈米研究中心參訪體驗。除了上課還 包括一些當場做的簡單小實驗，引起他們對於奈米仿生的興趣。並於授課後 做一些問答互動，贈送關於奈米仿生的小禮物，使得他們更有興趣接下來的 體驗奈米仿生活動。 微奈米科技研究中心參訪： 奈米技術在現今都是需要一些高階的檢測設備協助，所以參訪微奈米科 技研究中心為不可缺少的行程，將會請微奈米科技研究中心的技術員或博士 後研究員帶領他們參觀，並做簡單的介紹。參觀內容：4F 無塵室外觀看整套 半導體製程的機台，3F 的共軛焦 3D 光學表面形貌量測儀 (3D Confocal Micorsopce;Nano Focus)等機台，1F 的高解析熱電子型場發射掃描式電子顯微 鏡 (High-Resolution Thermal Field Emission Scanning Electron Microscopy; FE-SEM 7001) 及原子力顯微鏡 AFM 等機台。由於以上機台分散在科技大樓 不同樓層(大致可分為三塊區域)，故預定將參訪人員分成三組進行參觀。參 訪時間預定在一個小時到一個半小時。 體驗奈米仿生實驗： 初步已規劃九大單元作為體驗奈米仿生實驗的內容(請參考【附件五】)， 各單元下擁有多個小實驗，讓不同梯次的人來都有不同的體驗，以保持活動 內容的新鮮度，讓他們體驗後下次來還可以體驗不同的實驗。

---

Page 12

12 目前體驗奈米仿生實驗活動時間預定為三個小時，並且將人數控制在一 組 8 個人，共五組(將依實際人數作調配組別數)，做一個輪調性的體驗(類似 活動中的跑關)，每個單元約花費 30 分鐘。 魔術破解： 體驗完所有奈米仿生實驗後，會集合所有人，把這次活動體驗到的八個 的單元實驗做一次講解，說明這些看似魔術的實驗背後，是什麼真理。約花 費半小時。 創意大考驗： 破解完魔術後，接踵而來的創意大考驗，是要讓他們把今天所看到的奈 米現象看看可以用在哪些地方，做一個創意的發揮，這樣遠比做一個測驗還 要來的有意義。約花費半小時。 一整天的流程結束後，將會規劃學習單(附件四)讓小朋友填寫，以便做 學習成效評估。 2-2.3 親身體驗奈米實驗行程表 活動 當天行程時間 報到 8:30~9:00 微奈米科技研究中心簡報 9:00~9:30 微奈米科技研究中心實驗室參訪 9:30~11:00 奈米仿生科技簡介 11:00~12:30 午餐 12:30~13:00 體驗奈米仿生實驗 13:00~16:00 魔術破解 16:00~16:30 創意大考驗 16:30~16:45 繳交學習單 16:45~17:00 將編列旅費資助來參與本計劃的學員。將編列餐費提供參與的學員中餐。

---

Page 13

13 三.奈米仿生科學探索 3-1 奈米仿生科學探索規畫 奈米仿生科學探索規畫一樣也分成兩年期，第一年為 98 年 6 月~99 年 4 月，第二年為 99 年 5 月~100 年 4 月。 第一年參與者為台南一中、台南女中、南科國際實驗高中之學生。時間 規畫如下： a. 98 年 7 月初，各校參與者至微奈米科技研究中心，上奈米仿生簡介及授 課。 b. 98 年 7 月中，討論探索題目。 c. 98 年 7 月底，決定探索題目，並開始收集相關資料及規畫實驗。 d. 98 年 8 月，每個星期至微奈米科技研究中心與教授討論進度。 e. 98 年 8 月中，進行觀念指引(包含成因探討)及實驗修正，開使進行實驗。 f. 98 年 8 月底，持續進行實驗，每星期報告進度及討論實驗結果。 g. 98 年 9 月~98 年 12 月，每月一至二次報告進度及討論實驗結果(實驗持續 進行)。 h. 98 年 2 月初，進行成果收割。 i. 98 年 2 月中，準備期末成果報告。 j. 98 年 3 月，進行期末成果報告。 3-2 奈米仿生科學探索進行方式 探索奈米現象，更要知道其成因為何，這才是探索的重點，不然只是用高 階的設備拍出比別人更好的照片是沒用的，要清楚現象的成因才能加以應 用，故進行的方式將以”拋磚引玉”的方式進行，先丟出有趣的題目，或他 們提出覺得有趣的題目。先給他們一段時間找相關資料，並自行規劃實驗。 約半個月後將由教授與他們討論，給予正確的觀念(包含成因探討)及正確的 實驗規劃方向。之後，再由有奈米科技研究中心機台使用權限的研究生，陪 同進行實驗，以符合機台使用規則。實驗過後所得到的結果與找到的相關資 料比對，看是否符合。於期末辦理成果發表。他們辛苦所做的努力也將參加 科展比賽。

---

Page 14

14 3-3 奈米仿生科學探索進行流程圖 奈米仿生簡介及授課 討論及決定探索題目 進行觀念指引及實驗修正 開使進行實驗 進行實驗及討論 成果收割 期末成果報告

---

Page 15

15 四.親身體驗奈米仿生實驗 4-1 活動名稱定義 由於奈米對於大部分的人來說，就如”只聞樓梯響，不見人下來”這句 話形容的一樣，都知道奈米這個名詞，卻不知道奈米的重要貢獻或對奈米的 現象一知半解。因此很多的奈米現象，看起來就有如魔術一般，非常的神奇， 因此，此次的親身體驗奈米仿生實驗活動主題就定為”奈米魔術秀(Nano Magic Show)”。 4-2 實驗內容規劃說明 奈米仿生學領域極為廣闊，如何能用簡單且有趣的實驗讓中、小學生和 高中職生感到有興趣參與，並且是以最淺顯易懂的現象讓他們體會到奈米的 存在，就是這次活動的目的。內容規劃如下： a. 於每個單元開頭，作一個關於本單元的簡短說明，以了解這個單元。 b. 為了提高參與者的興趣，將於每項實驗的開頭加入一段自編故事或描 述，說明這次奈米仿生體驗的目的。 c. 於體驗後也會請體驗主持人說明奈米現象的原因，並說明生活實例。 d. 並且於體驗後探討，這些仿生結構還可以用在哪些地方，這一部份就屬 於創意大考驗。

---

Page 16

16 4-3 奈米魔術秀(Nano Magic Show)內容 奈米魔術秀將會分成幾個單元，各單元開頭都會有一段關於說明的部 分，讓小朋友清楚此次實驗的目的。各單元下各自還有好幾個小實驗進行體 驗： 單元 小實驗 尺寸效應 A1. 馬鈴薯的秘密(表面積增大的實驗) A2. 奈米可以煮嗎(表面積增大時，溶解性的表 達) A3. 奈米流體(表面積增大時，熱傳性的表達) A4. 小心不要熔掉(表面積增大時，熔點降低的表 達) 光子晶體 A1. 蝴蝶美麗的秘密(蝴蝶翅膀上的光子晶體構 造) A2. 光碟不是飛碟(探索光碟表面變色的原因) 蓮花效應 A1. 親水疏水怎麼分(說明親、疏水定義) A2. 燒焦怎麼辦(碳黑仿蓮花效應) 毛的秘密 A1. 鵝毛的秘密(鵝毛保暖的原因) A2. 鴨毛的秘密(鴨毛防水的原因) A3. 飛簷走壁(壁虎能爬壁的原因) 專一性 A1. 一個蘿蔔一個坑(DNA 的專一性) 神奇試片 A1. 除臭專家(說明二氧化鈦的除臭功能) A2. 妙管家(說明二氧化鈦的自潔功能) 生物的奧秘： A1. 貧賤不能移　威武則會曲(說明金屬疲勞而斷 裂，昆蟲翅膀接頭耐用性高) A2. 再快也看得清楚(說明金龜子飛行時，翅膀會 快速振動，及觀察翅膀收起來的過程及模樣) ※A3. 摺紙術與仿生學 A4. 向蜘蛛人要絲(用牛奶加醋及針筒做成仿蜘 蛛器吐絲) 詳細內容請參考附件一，※代表已有構思，但未建構，將於第一年(99 年 5 月~99 年 8 月)規畫親身體驗模組完成。

---

Page 17

17 五.課程模組 5-1 探索科學課程模組 在奈米仿生簡介及授課中為了增加上課的趣味，除了基礎的奈米介紹， 將會加入每個單元已完成的實驗或理論，在課堂上展現給他們欣賞，讓他們 了解奈米吸引人的地方。此舉不但讓他們清楚奈米的現象，還可以讓他們清 楚親身體驗奈米仿生實驗的樂趣，吸引他們來參加親身體驗奈米仿生實驗， 可說是一舉數得。課程內容除自行規劃外，延伸閱讀部分也將大量參考國科 會出版品科學發展月刊相關文章，希望也能讓中小學生養成閱讀科發月刊的 習慣。 5-2 探索科學課程模組內容 單元 小實驗 尺寸效應 ※B1. 奈米化表面積計算(數學表達+ 動畫表示) ※B2. 奈微米化原子比(數學表達+動 畫表示) 奈米力學 ※B1. 珍珠的守護者(說明海貝殼的 多層造) 光子晶體 B1. 五光十色(說明光子晶體構造大 小，對顏色的改變影響) 蓮花效應 ※B1. 蓮花的秘密(探索蓮花表面的 構造) 毛的秘密 B1. 孔雀開屏 (孔雀羽毛上漂亮的 原因) 神奇試片 B1. 神奇試片製作(說明製作奈米薄 層的方法，另外可做為 A 模組中神奇 試片的道具) 奈米熱壓印 B1. 滿清酷刑~烙印~(利用熱壓印製 做奈米構造，也會提到黃光微影流程) 生物的奧秘： B1. 蜘蛛吐絲(SEM 圖觀察蜘蛛的吐 絲器) 詳細內容請參考【附件五】，※代表已有構思，但未建構，將於第一年(99 年 5 月~99 年 8 月)課程規畫模組完成。

---

Page 18

18 六.奈米仿生科學探索 6-1 奈米仿生科學探索題目規畫 本計劃設置的親身體驗奈米實驗及課程模組實驗都是常見的奈米現象， 但大自然中更藏著許多未知的奧秘等著我們去探索，現在將幾個有趣的奈米 仿生題目列出(參照 6-2)，供高中職生參考，並且將會搜尋許多的 Nature 及 Science 的文章提供學生參考，當然也可以由他們提出一些他們覺得有趣的 現象，再跟計劃團隊討論探索的價值及探索的可能性。 6-2 奈米仿生科學探索內容 單元 小實驗 尺寸效應 C1. 消失的金色(製作奈米金粒子，說 明奈米尺寸對顏色的影響) C2. 電到激激叫(製作銀米金粒子，說 明奈米尺寸對顏色的影響) ※C3.應用奈金及銀粒子 奈米力學 ※C1. 古老的盔甲(探索魚鱗的多層 次結構及奈米力學) ※C2. 表裡不一(探索蜻蜓翅膀不同 部位的奈米力學特性) ※C4. 穿山甲的盔甲(探索鱗片的多 層次結構及奈米力學) ※C5. 牙齒的多層次結構(探索牙齒 的多層次結構及奈米力學) 幾丁質與光子晶體 ※C1. 綠的發亮(探索金龜子表面漂 亮的原因) ※C2.生物礦化組織 蓮花效應 C1. 蝴蝶怕雨天嗎(蝴蝶翅膀為微奈 米構造，但疏水嗎？) C2. 蜻蜓的魔力(蜻蜓的翅膀有蓮花 效應嗎？) 毛的秘密 C1. 企鵝的毛(企鵝靠毛保暖嗎)跟鴨 毛的比較 奈米熱壓印 ※C1. 超級比一比(用奈米熱壓印模 仿蜻蜓翅膀表面結構) ※C2. 無所不仿(用奈米熱壓印模仿 蟬的翅膀表面結構)

---

Page 19

19 生物的奧秘： C1. 再多翅(次)也不怕(探索昆蟲的 關節) ※C2.多巴胺的秘密(怡貝淡菜緊緊黏 住漁船的秘密) 詳細內容請參考附件一，※代表已有構思，但未建構，將於第一年(99 年 5 月~99 年 8 月)科學探索模組完成。 七.成效評估之方式 體驗奈米仿生科技活動： 除了子計畫一定其對本計劃做評估分析研究之外，每次活動都會設計簡 單的學習單，學習單將對每一個單元有重點的問題及答案，將用配對或連連 看的方式進行填寫，另外在第一年的學習單會加入意見表，以協助試教修正 課程內容。第一、二年的學習單請參照【附件六】。目前的學習單尚未建構 完全，僅為範例(試用版)，正式版的學習單，將於計劃第一年(99 年 5 月~99 年 11 月)規畫親身體驗模組結束後，將會完成。 奈米仿生科學探索： 由計劃團隊在旁觀察他們學習成效，將要求記錄實驗紀錄簿，將於活動 結束前辦理成果發表，看一年下來他們自己的結果，由實驗紀錄簿及成果就 可以知道每個人的學習成效。 八.將遭遇之困難及可能解決途徑 將遭遇之困難： a. 場地不敷使用之問題(微奈米中心場地使用頻率高) b. 參與科學探索之高中職生還有學校課業要兼顧之問題 c. 親身體驗奈米實驗活動時程可能過於緊湊 d. 預估親身體驗奈米實驗活動人力可能不足 可能解決途徑： a. 將商借奈米科技暨微系統工程研究所或成大其他單位之場地 b. 於上課期間，將利用平常收集相關資訊，假日至微奈米科技研究中心做實 驗

---

Page 20

20 c. 可能抽掉參訪微奈米科技研究中心行程，簡化體驗模組，也就是單日執行 實驗變少一至兩個，或是將時程擴大成兩天。 d. 將聘請成大研究生為臨時工支援 九.預期效益 參與學員： a. 學習到基礎奈米知識及現象 b. 增進認識生物的表現的原理 c. 了解仿生科技應用範例 d. 增加人生寶貴經驗 e. 對高中職生來說，參與科展有一套健全的研究行程 主辦活動人員： a. 增加統御及協調的能力 b. 規劃活動時了解不同層次的需求 c. 授課及溝通時，可以學習如何表達 d. 協助科學探索也可增廣見聞及閱讀 Nature 及 Science 文章

---

Page 21

21 預定進度（以甘梯圖表示） 第一年 月　次 工作項目 98 年 5 月 98 年 6 月 98 年 7 月 98 年 8 月 98 年 9 月 98 年 10 月 98 年 11 月 98 年 12 月 99 年 1 月 99 年 2 月 99 年 3 月 99 年 4 月 1.資料蒐集及分析 2.規劃親身體驗 模組 3.規劃課程模組 4.規劃科學探索 模組 5.親身體驗試教修 正(高中 1, 2, 3) 6.親身體驗試教修 正(國小 1) 7.課程模組試教修 正(高中 1,2,3) 8.課程模組試教修 正(國小 1) 9.成效評量前測及 資料分析 10.成效評價後測 及資料分析 11.科學探索課程 招生及執行歷程 紀錄行動研究 12.合作中小學生 參訪兩大中心 13.發文廣邀偏遠 地區學校來訪 14.報告撰寫及期 中成果發表會

---

Page 22

22 預定進度（以甘梯圖表示） 第二年 月　次 工作項目 99 年 5 月 99 年 6 月 99 年 7 月 99 年 8 月 99 年 9 月 99 年 10 月 99 年 11 月 99 年 12 月 100 年 1 月 100 年 2 月 100 年 3 月 100 年 4 月 1.資料蒐集及分析 2.持續規劃親身體 驗模組 3.持續規劃課程模 組 4.執行科學探索 模組 5.成效評量 (行動研究) 6.中小學生參訪兩 大中心(定期開 放) 7.發文廣邀偏遠 地區學校來訪 8.報告撰寫及期末 成果發表會

---

Page 23

23 【附件一】成功大學微奈米科技研究中心簡介

---

Page 24

24

---

Page 25

25

---

Page 26

26 【附件二】CIC 簡介 財團法人國家實驗研究院 晶片系統設計中心 National Applied Research Labortories National Chip Implemetation Center 新竹地區：新竹市科學園區展業一路 26 號七樓 Tel：(03)5773693 Fax：(03)5774064 台南地區：台南市大學路 1 號成功大學奇美樓七樓 Tel：(06)2987971 Fax：(06)2089122 CIC 位置與成大微奈米中心位置相近 圖片出處：google map

---

Page 27

27 源起 積體電路(IC)為通訊、資訊及消費性電子等 3C 產業朝向數位化、體 積微小化之關鍵性零組件。歷年國內來諸多會議中，均將「提昇國內 IC 晶片設計之研究水準，培育 IC 晶片系統設計人才」列為重大議題。行政 院國家科學委員會依據第四次全國科學技術會議之結論，於民國八十一 年五月起推動「晶片設計製作中心」（Chip Implementation Center） 籌設專案計畫，八十二年一月於新竹科學工業園區成立中心籌備工作小 組。八十六年七月有鑑於科技發展趨勢，更名為「國家晶片系統設計中 心」。為強化南部高科技研發環境，特於九十一年九月於台南科學工業 園區設立南區辦公室，以發展與新竹科學園區相輔相成之前瞻研究，建 立高科技技術及產業發展聚落。九十二年元月起為配合國家科學委員會 所屬國家實驗室法人化作業，改隸於「財團法人國家實驗研究院」繼續 推動各項業務工作。 中心目標 本中心之設立宗旨為「培育積體電路晶片及系統設計人才、提昇積 體電路晶片及系統設計技術」，期能強化我國積體電路晶片及系統設計 能力。主要任務為： （一）　協助各界建立積體電路晶片及系統設計環境。 （二）　提供各界積體電路晶片及系統設計雛型品之實作與測試服 務。 （三）　推展積體電路晶片及系統設計之「產、學、研」合作研究， 並將學術界之研究成果落實推廣至產業界。 （四）　推動國內外積體電路晶片及系統設計相關技術之合作與交 流。 晶片及系統設計 為了搭配學術研究需要以及產業未來發展，本中心引進多項產業界 廣泛使用的晶片與系統設計的電腦輔助設計軟體，以及多項矽智財(IP) 資料庫，以優惠的價格甚至是免費方式提供學校申請使用，並分別針對 前段設計、實體設計、快速雛形設計、系統技術設計等方向與不同的設 計需求，整合設計軟體、規劃並建立完整的晶片及系統設計流程與環境， 藉以提昇晶片及系統設計的效率，並且提供設計者於設計時所需的技術

---

Page 28

28 支援、訓練課程、快速雛形驗證環境與設計環境之維護等服務，包含了 設計資料庫之整合、設計環境技術資料檔的建立、設計軟體之使用流程 規劃與管理、軟體安裝更新與使用諮詢、設計軟體與設計流程之訓練、 伺服器之管理維護諮詢、快速雛形驗證設備之提供與技術支援、單晶片 系統(Sytem on a Chip)的整合設計環境、矽智財模組的規範與建立、軟 硬體共同設計環境、驗證平台之建立、以及設計範例之提供等多項設計 技術支援。 晶片製作及測試 為達資源共享及有效節約成本，本中心自八十二年開始以「多計劃 晶片」(Multi-Project Chip, MPC)方式，整合國內各界不同設計案於同 一套光罩，並委由國內外晶圓廠製作後，依不同設計切割封裝，以提昇 國內雛形品實作能力。為配合我國 IC 產業發展需求及培育晶片設計實作 人才，本中心依年度規劃各類成熟及先進製程，建構製程相關之實作環 境，進行相關軟體環境及元件庫驗證並提供下線諮詢服務，以協助教育 性、前瞻性及業界雛形品製作。因此，數位、類比或射頻晶片設計者皆 可選擇適當之 CMOS、BiCMOS 或化合物半導體製程，以滿足不同頻段及系 統晶片之設計需求。未類將進一步結合國外相關機構，推展國際性業務。 在晶片測試方面，為協助晶片雛形品驗證工作及降低測試設備重複投 資，本中心設置有晶片測試實驗室，提供數位晶片、混合訊號及射頻晶 片量測系統。目前擁有 IMS 測試系統供數位及混合信號晶片測試，搭配 具雷射切割之點測設備(Probe Station)以進行晶片點測及偵錯。就射頻 電路，中心亦陸續建構高頻參數量測、射頻模型粹取、功率及雜訊量測 及通訊晶片量測等系統，以提供元件至系統晶片之驗證。量測實驗室亦 提供電路板雕刻機、打線機等後段製作服務。 教育訓練及推廣 為培訓晶片及系統設計人才，中心每年利用寒暑假期針對各種不同 設計方式對學術界分別開設 Full Custom IC design、Cell-Based IC design、FPGA design、RF/MM design、IC Testing、SoC design 等訓練 課程。除學術界訓練課程之外，亦分別於五月/十一月開設兩次工業界訓 練課程，以減低工業界新進人才培訓的成本，縮短學習曲線。另外也邀 請國內外專家學者開設進階的訓練課程及研討會。中心另一個目標是要 扮演工業界與學術界橋樑的角色，縮短兩者之間的鴻溝，因此中心將定 期出版相關刊物，供學術界與業界參考。為使各種資訊交流更為便利有

---

Page 29

29 效，本中心設有網站（http://www.cic.org.tw）　以提供技術諮詢與交 流、國內外技術資料查詢、儀器設備預約、上課報名… 等各類服務，並 有多種訓練教材之電子檔供各界免費下傳。另外也出版各種訓練教材、 晶片設計成果論文集、研討會論文集等出版品供各界參考使用。 未來展望 過去幾年來「國家晶片系統設計中心」的工作重點在於協助學術界 建立晶片及系統的設計與實作環境並提昇設計技術，主要偏重在基礎的 技術開發與服務。未來除持續現有服務工作，繼續培育產業所需之專業 人才外，亦將配合產業未來發展需求，與各界合作研發晶片及系統設計 相關的前瞻技術，使「國家晶片系統設計中心」成為「學術界研究、產 業界發展的重要資源及具國際地位的技術研發機構」。希望經由各界的 努力，進而加速提昇國內晶片及系統的設計技術層次，研發更新、更好、 更高附加價值之產品。

---

Page 30

30 【附件三】中心簽署同意合作文件(MINA)

---

Page 31

31 【附件三】中心簽署同意合作文件(CIC)

---

Page 32

32 【附件四】合作學校簽署同意合作文件(路竹國小)

---

Page 33

33 【附件四】合作學校簽署同意合作文件(台南女中)

---

Page 34

34 【附件四】合作學校簽署同意合作文件(台南一中)

---

Page 35

35 【附件四】合作學校簽署同意合作文件(南科國際實驗高中)

---

Page 36

36 【附件五】 Nano Magic Show 奈米魔術秀 簡述： 奈米是一門新的科技，也是人類的新希望。在未來許許多多方面都會應用到 奈米科技。然而甚麼是奈米科技呢？這是許多人共有的疑問。在市面上賣著許多 打著奈米招牌的商品，但我們真的了解奈米嗎？為什麼奈米要應用在這些地方 呢？ 我們都知道奈米是 10-9 公尺，約為頭髮直徑的五十萬分之一。但奈米不單單 只是一般所謂的長度表示，奈米具有著不同於一般塊材的特性，這些奈米特性也 將隨著科技的發展而被應用到生活上，而這些特性是甚麼呢？常見的奈米特性有 蓮花效應、表面積效應、光子晶體效應等…，光聽名字或許還是不了解這些效應， 我們將藉由一些簡單的魔術，帶大家進入奈米的世界吧！

---

Page 37

37 A.親身體驗真實科學之魔術 B.探索科學系列魔術 C.科學探索計劃 尺寸效應： A1. 馬鈴薯的秘密 (表面積增大的實驗) A2. 奈米可以煮嗎 (表面積增大時，溶解性的表達) A3. 奈米流體 (表面積增大時，熱傳性的表達) A4. 小心不要熔掉 (表面積增大時，熔點降低的表達) B1. 奈米化表面積計算 (數學表達+動畫表示) B2. 奈微米化原子比 (數學表達+動畫表示) C1. 消失的金色 (製作奈米金粒子，說明奈米尺寸對顏色的影響) C2. 電到激激叫 (製作銀米金粒子，說明奈米尺寸對顏色的影響) 奈米力學： B1. 珍珠的守護者 (說明海貝殼的多層造) C1. 古老的盔甲 (探索魚鱗的多層造及奈米力學) C2. 表裡不一 (探索蜻蜓翅膀不同部位的奈米力學特性) 光子晶體： A1. 蝴蝶美麗的秘密 (蝴蝶翅膀上的光子晶體構造) A2. 光碟不是飛碟 (探索光碟表面變色的原因) B1. 五光十色 (說明光子晶體構造大小，對顏色的改變影響) C1. 綠的發亮 (探索金龜子表面漂亮的原因) 蓮花效應 A1. 親水疏水怎麼分 (說明親、疏水定義) A2. 燒焦怎麼辦 (碳黑仿蓮花效應) B1. 蓮花的秘密 (探索蓮花表面的構造)

---

Page 38

38 C1. 蝴蝶怕雨天嗎 (蝴蝶翅膀為微奈米構造，但疏水嗎？) C2. 蜻蜓的魔力 (蜻蜓的翅膀有蓮花效應嗎？) 毛的秘密： A1. 鵝毛的秘密 (鵝毛保暖的原因) A2. 鴨毛的秘密 (鴨毛防水的原因) A3. 飛簷走壁 (壁虎能爬壁的原因) B1. 孔雀開屏 (孔雀羽毛上漂亮的原因) C1. 企鵝的毛 (企鵝靠毛保暖嗎) 專一性： A1. 一個蘿蔔一個坑 (說明一種抗體只抓一種病菌，專一性的表達) 神奇試片： A1. 除臭專家 (說明二氧化鈦的除臭功能) A2. 妙管家 (說明二氧化鈦的自潔功能) A3. 多喝水 (說明二氧化鈦的親水性) B1. 神奇試片製作 (說明製作奈米薄層的方法，另外可做為 a 中神奇試片 的道具) 奈米熱壓印： B1. 滿清酷刑~烙印~ (利用熱壓印製做奈米構造，也會提到黃光微影流程) C1. 超級比一比 (用奈米熱壓印模仿蜻蜓翅膀表面結構) C2. 無所不仿 (用奈米熱壓印模仿蟬的翅膀表面結構) 生物的奧秘： A1. 貧賤不能移　威武則會曲 (說明金屬疲勞而斷裂，昆蟲翅膀接頭耐用性 高) A2. 再快也看得清楚 (說明金龜子飛行時，翅膀會快速振動，及觀 察翅膀收起來的過程及模樣) A3. 人工翅膀 (用摺紙模擬昆蟲翅膀收起來) C1. 在多翅(次)也不怕 (探索昆蟲的關節) A4. 向蜘蛛人要絲 (用牛奶加醋及針筒做成仿蜘蛛器吐絲)

---

Page 39

39 B1. 蜘蛛吐絲 (SEM 圖觀察蜘蛛的吐絲器) 尺寸效應 奈米是由英文翻譯而來的，英文為 nanometer，其長度是 10-9 公 尺，在這個尺度下已經相對接近一個原子的大小，一個原子約為 1 埃 (10-10 公尺)，所以奈米化的東西實際上只會含有少量的原子存在，使 得奈米化的東西與一般塊材會展現不同的物理特性，現在就從一些神 奇的表演讓我們了解奈米化的尺寸可能存在什麼物理特性吧！ A1. 馬鈴薯的秘密 (表面積增大的實驗) A2. 奈米可以煮嗎 (表面積增大時，溶解性的表達) A3. 奈米流體 (表面積增大時，熱傳性的表達) A4. 小心不要熔掉 (表面積增大時，熔點降低的表達) B1. 奈米化表面積計算 (數學表達+動畫表示) B2. 奈微米化原子比 (數學表達+動畫表示) C1. 消失的金色 (製作奈米金粒子，說明奈米尺寸對顏色的影響) C2. 電到激激叫 (製作銀米金粒子，說明奈米尺寸對顏色的影響)

---

Page 40

40 A1.馬鈴薯的秘密 每個小朋友都很愛吃薯條，而薯條的原料是馬鈴薯。但各位小朋友知道馬鈴 薯藏著一個大秘密嗎？據說馬鈴薯出生來到世上，是為了讓我們了解一種現象， 當一大塊馬鈴薯被切成馬鈴薯條時，表面積是不是有改變呢呢？就讓馬鈴薯來當 這次的主角，來為我們做這次的表演吧！ 魔術道具準備： 馬鈴薯 刀子 手套 水彩原料 調色盤 刷子 A4 紙 魔術過程： 1. 先將一條馬鈴薯周圍弧面切平，變成一個長方體或正方體 2. 將水彩原料稀釋到調色盤上 3. 用刷子沾水彩原料，將長方體的每一個面都刷上水彩原料，沾上水彩原料 每一個面依序蓋印在第一張 A4 紙上 (要整齊依序的蓋下來，蓋印部分不要重疊) 4. 把長方體從中間切開，變成了兩個長方體 5. 依序將這兩個長方體的十二個面都刷上水彩原料，再依序將十二個面蓋印 在第二張 A4 紙上 6. 再將兩個長方體，分別從中切開，變成四個長方體 7. 再依序將這四個長方體的面(二十四個面)都沾上水彩原料，依序蓋印在第 三張 A4 紙上 魔術結果： 將蓋完印的三張 A4 紙比較，將可以發現切越多刀的馬鈴薯所蓋出的印，擁 有較大的面積。

---

Page 41

41 破解魔術之謎： 這是因為當馬鈴薯被切開時，馬鈴薯被切開的面，也就是新生的面，這個新 生的面就是面積增加的區域。據研究至 1 克超微顆粒表面積的總和可高達 100m2。 生活實例： 大家都知道摺扇吧，當摺扇是合起來的時候(如同一個塊材)，他只一長條形 狀，表面積不大；但摺扇張開時(如同塊材被切開)，表面積就會變得非常的大。 實驗出處：成功大學　李旺龍　李文榮　製作

---

Page 42

42 A2.奈米可以煮嗎？ 在古代有一位非常有名的皇家煉丹師，他誇下海口自己的煉丹術天下第一， 號稱能用最短的時間練製丹藥或湯藥。但有一天來自遠方的一位神秘術師向他提 出挑戰，神秘術師說：「看誰能用最短的時間把同樣體積的糖塊在熱水中完全溶 化。」皇家煉丹師不願示弱的說：「我接受你的挑戰！」但最後皇家煉丹師卻輸 得一蹋糊塗了，神秘術師到底是用了甚麼魔術能擊敗他呢？讓我們來一探索竟 吧。 魔術道具準備： 加熱器 ×1 燒杯 ×2 方糖 ×2 研缽 研缽棒 水 魔術過程： 1. 將二個燒杯各倒入 200ml 的水 2. 加熱器先預熱到定溫 100℃ 3. 拿出 2 顆方糖放入研缽，用研缽棒將方糖搗成細粉 4. 將二個裝有 200ml 水的燒杯同時放到加熱器上 5. 一個燒杯放入 2 顆方糖，另一個燒杯放入磨好的糖粉，兩種要同時放入不 同的燒杯 6. 此時觀察，看哪一個燒杯裡的糖最快溶化在水中 魔術結果： 將可發現置入糖粉，會比糖塊的還要快溶化。原來神秘術師是用了把塊 狀的東西先搗碎了，再放到水裡溶解。 破解魔術之謎：

---

Page 43

43 這是因為微小化的東西擁有較大的表面積，且我們都知道，接觸水的面積越 多，溶化越快，因此糖粉擁有比糖塊還大的表面積，所以溶化越快。 生活應用： 許多需要溶解在溶液中的物體，大多都是以粉體所存在，如調味用的鹽、糖、 味精等…。 實驗出處：成功大學　李旺龍　李文榮　製作

---

Page 44

44 A3.奈米流體 有一位散熱專家在某次的開會中，他說：「金屬有著比水還要好的導熱性， 若金屬加到水中，想必能提升吸熱效果，但金屬顆粒的大小該如何決定呢？」這 時有一位學者提出越小越好，這時大家都質疑他是不是來亂的阿！他會什麼那麼 肯定越小越好呢？將藉由以下表演來證實他所言不假。 魔術道具準備： 電子秤 燒杯×3 加熱器 奈米金屬粉體(本實驗用氧化鋯粉) 與奈米金屬粉體同體積之塊材(鋯球) 溫度計×3 魔術過程： 1. 利用電子秤測氧化鋯粉和鋯球重量，使其盡量有相同之體積 (假設氧化鋯粉與鋯球有相同密度下，若體積相同，則可說氧化鋯粉是鋯 球奈米化後的成品) a. 先測得鋯球數顆為 9.25g b. 再測得氧化鋯粉 9.25g 2. 調配水溶液 將鋯球&氧化鋯粉分別加入裝有 80ml 水的燒杯，再拿一瓶裝有 90ml 水的 燒杯，將會有下列三種情形： a. 水(80ml)+氧化鋯粉(9.25g) b. 水(80ml)+鋯球數顆(9.25g) c. 水(90ml) 3. 打開加熱器，使其加熱溫度固定在 110℃ 4. 將溫度計放在溶液燒杯裡，測其初使溫度 5. 等加熱器的溫度維持 110℃時，將三種溶液同時放上加熱器上 6. 開始每兩分鐘記錄一次溫度 7. 等過 30 分鐘後，即記錄完成

---

Page 45

45 示意圖： 破解魔術之謎： 這是因為奈米化金屬顆粒具有較大的表面積，且我們都知道面積越大，導熱 效果越好，因此奈米化金屬顆粒具有較好的熱傳效果。 生活實例：

---

Page 46

46 不妨想想為何冷氣的散熱片不做成一大片，而是很多小片所組成。 實驗出處：成功大學　李文榮　製作 A4.小心不要熔掉 從”馬鈴薯的秘密”魔術中，可以得知奈米化的東西擁有較大的比表面積， 但小朋友知道奈米化的東西也容易燒起來嗎，所謂的容易燒起來是指物體的熔點 降低，也就是說一物體原本在 500℃才會熔化，但奈米化過後可能只需 300℃就 可以熔化了。這是怎樣的過程呢，讓我們來看一下吧。 魔術道具準備： 蠟燭台 打火機 尖嘴鉗 鐵絲 鐵絲絨 魔術過程： 1. 將蠟燭台點上火 2. 拿尖嘴鉗夾住鐵絲 3. 把鐵絲尖端放置在火焰上方 4. 等待 20 秒看有什麼變化 5. 拿尖嘴鉗夾住鐵絲絨 6. 把鐵絲絨尖端放置在火焰上方 7. 等待 20 秒看有什麼變化 魔術結果： 將會發現在同樣的時間下，鐵絲絨會燒起來而鐵絲還只是燒黑的狀況。 破解魔術之謎： 這是應因為鐵絲絨的體積變得很小(相對於鐵絲)，使得接觸空氣的比表面積 變大很多，因此燃燒的時候，反應的接觸面積比鐵絲大許多，所以容易燒起來。 實驗出處：成功大學　陳約璋　製作(改編屏東縣九如國小　黃瓊秋　謝彩媞製作)

---

Page 47

47 C1.消失的金色 金子為大家所喜愛，不只是一種貨幣，且其優越的物理性質也被廣泛的被應 用在工業上，如基板中的金線。但在奈米尺度下，奈米金粒子就不再是金色了， 顏色是被偷了嗎？來是另有原因呢，讓我們來一同看看，大未是怎麼把金色變不 見的呢。 魔術道具準備： 金氯酸(HAuCl4) 氫氧化鈉(NaOH) UV 燈源 1ml 離心管、拋棄式滴管 魔術過程： 1. 本實驗使用之金離子來源為四氯金酸水溶液(HAuCl4·3H2O, Aldrich)，並 以 NaOH 調整至適當 pH 值後 2. 置於2ml透明塑膠材質的離心管內進行曝光，曝光源為UV-C燈管(PHILIPS TUV PL-L 36W/4P)，樣品與燈管間距為 4cm ，並搭配風扇使曝光箱內溫 度維持接近室溫以排除熱影響。 3. 實驗可分做以下三部份依實際可用時間做規劃： a.連續紀錄 0.05mM/pH=11 之 HAuCl4 水溶液於曝光時之顏色變化。 b.相同濃度(1mM)之 HAuCl4 水溶液，以 NaOH 分別調整至不同 pH 值(pH=8、 9、10、11)後進行曝光。 c.不同濃度(0.05mM、0.5mM、1mM、1.5mM、2mM)之 HAuCl4 水溶液以 NaOH 分別調整至相同 pH 值(pH=11)後進行曝光。 並針對所產生的奈米金水溶液進行顏色紀錄、紫外-可見光譜分析、相關 數值分析、或安排 SEM/TEM 結構觀察。

---

Page 48

48 破解魔術之謎： 藉由 pH 值的影響，溶液的濃度來調整金奈米微粒的粒徑及分散效果 一般金子的顏色為金色，但經過奈米化後或呈現紅色，這是因為表 面電漿子共振就發生在近紅外光的範圍，產生較長波長（紅移）的散射， 甚至會看到紫色。 實驗出處：成功大學　楊承勳　製作

---

Page 49

49 C2.電到激激叫 銀為一種常被使用的金屬，大家對銀的認知為銀色，在古裝劇中常看到銀針 試毒，若有毒碰到銀會呈現黑色，但在奈米銀具有殺菌的功能喔，且奈米銀不再 是銀色了，這是為什麼呢，由以下奈米銀粒子的製備，來觀察吧。 魔術道具準備： 超音波震盪器、電源供應器、電子天秤、安培計、鱷魚夾電線二條、100ml 量筒、 鐵架、 C 形夾二個、三叉試管夾 (塑膠披復型)、10ml 樣品瓶、3ml 吸管 10 支、 吹風機、雷射筆、銀 (Ag)電極【 0.1mm（OD）×40mm】、SDS(Sodium dodecyl sulfate, C12 H25 SO4 Na)、鉑(Pt)電極【 0.1mm（OD）×40mm】、丙酮、氫氧化鈉 魔術過程： 8. 銀電極和鉑電極用超細砂紙將表面污垢清除，並放入超音波震盪器五分鐘 去除表面雜質。並將電解用樣品瓶蓋鑽兩個距離約 0.6cm 小孔，用以固定 （＋）、（－）極。 9. 取 3.05 g SDS 置於量筒中，將水加至 100ml 的位置配成 0.1M 的 SDS 界面活性劑，加熱即可達溶解。待溶液澄清之後，取 4ml 界面活性劑及 6ml 的蒸餾水，放入樣品瓶中（電解槽）中，並且滴入 0.1ml 0.1M NaOH 及 0.3ml 丙酮，將上步驟的電極蓋蓋上。 10. 將樣品瓶放入超音波震盪器槽中。 11. 將銀電極導線接上電流供應器正（＋）極、白金棒接於負（－）極，並 啟動超音波振盪器，將電源電壓調至 1.5V 左右，開始電解，時間約 30 分鐘。 12. 檢測是否有銀粒子產生。對於真溶液，強光照入，光線會直接穿透過去， 但若是光照入膠體溶液時，因膠體粒子較大，散射現象明顯，會使光路 產生一條明亮的光帶，此現象即為「廷得耳效應」，利用此散射光線的 特性，可以初步判斷溶液中是否有粒子產生。 <補充> ● 面活性劑分子是一端為親水性，另一端為疏水性（親油性）之長鏈分子。 親油端可和非極性分子鍵結，並將其包埋於界面活性劑中形成微胞，進而 分散在水中。此實驗利用 SDS 為陰離子界面活性劑，藉由 SDS 保護銀奈 米粒子，避免銀奈米粒子聚集造成顆粒變大而沉澱，甚至產生銀鏡反應。

---

Page 50

50 破解魔術之謎： 若把奈米銀稀釋，可得到澄清透明的亮黃色液體，這是因為奈米銀在波長 410 奈米附近有特定的光譜吸收峰。金屬粒子粒徑遠小於入射光波長時，表面電 子因受到入射光的激發，引起集體式的偶極振盪，造成表面電子偏極化，稱為「表 面電漿共振」。這種表面電漿共振現象會隨著金屬的種類、粒徑、形狀及分散溶 劑的不同而有所差異。亮黃色溶液是 10ppm 圓形奈米銀的獨特表徵。 生活應用： 奈米銀具有殺菌的功能，所已有先保養品或藥品事還有奈米銀喔。 實驗出處：成功大學　王凌婷　製作

---

Page 51

51 光子晶體 在大自然中存在許多美麗的生物，它擁有著光鮮華麗的外表，但 這光鮮華麗的外表底下存在鮮為人知的秘密。像是蝴蝶翅膀的美麗、 孔雀羽毛的華麗、蛋白石多變的亮彩、澳洲海老鼠的毛髮等等…，它 們顏色的美麗並不是因為本身色素所造成的，而是因為本身擁有多層 次且具有週期性奈米結構的關係，這種結構稱為光子晶體。當光線進 入光子晶體，因為光的物理性(光的建設性)，會使得在某特定波長的 光線(單光)被反射出來。現在就由一些簡單表演來讓大家了解甚麼是 光子晶體吧！ A1. 蝴蝶美麗的秘密 (蝴蝶翅膀上的光子晶體構造) A2. 光碟不是飛碟 (探索光碟表面顏色是否為光子晶體效應) B1. 五光十色 (說明光子晶體構造大小，對顏色的改變影響) C1. 綠的發亮 (探索金龜子表面漂亮的原因)

---

Page 52

52 A1.蝴蝶美麗的秘密 蝴蝶有著一對大翅膀，各種蝴蝶翅膀的顏色不盡相同，但都一樣能吸引眾人 的目光，薄薄的一層翅膀為何如此閃耀動人，這其中美麗的秘密到底甚麼呢？我 們將為各位小朋友解開這層神祕的面紗。 魔術道具準備： 蝴蝶翅膀試片標本 SEM 鍍金機 魔術過程： 1. 將蝴蝶翅膀試片拿去鍍金機下鍍上一層薄薄的白金 2. 將鍍好的蝴蝶翅膀試片標本放入 SEM 裡 3. 開始操作 SEM，拍蝴蝶翅膀的 SEM 圖 魔術結果： 將可以觀賞到蝴蝶翅膀上有著整齊的結構。 破解魔術之謎： 在微奈米級的觀察角度下，蝴蝶翅膀具有光子晶體的結構，所以可以產生漂 亮的顏色，據研究這整齊的結構是由蝴蝶的鱗粉所排列而成。 生活應用： 如果能把光子晶體結構應用在裝飾的亮片或彩帶上，可吸引眾人的目光。 實驗出處：成功大學　李旺龍　李文榮　製作

---

Page 53

53 A2.光碟不是飛碟 從早期的 CD 到 VCD 再到 DVD，現今更發展到藍光片，容量是不斷的擴大， 但不變的是它們擁有美麗的色彩，我們都知道蝴蝶的翅膀、孔雀的羽毛是因為光 子晶體結構而美麗，那光碟色彩的美麗是因為光子晶體效應嗎？現在就要由小朋 友來探索這個秘密了喔。 魔術道具準備： 光碟試片標本 SEM 鍍金機 魔術過程： 1. 將光碟試片拿去鍍金機下鍍上一層薄薄的白金 2. 將鍍好的光碟試片標本放入 SEM 裡 3. 開始操作 SEM，拍光碟的 SEM 圖 魔術結果： 將觀察光碟片表面是否有光子晶體構造。 實驗出處：成功大學　李旺龍　李文榮　製作

---

Page 54

54 B1.五光十色 有一天來西方的使者，向中國的皇帝敬獻一系列的寶物，那一系列的寶物都 是由同一種物質所構成，但卻擁有不同的色彩，皇帝心想：「世界萬物有其形狀、 大小、顏色等等…，但同樣物質的東西，卻擁有不同的顏色，這有可能嗎？」這 時號稱為東方巧奪天工的工程師發哥向皇帝做了一項表演，解釋了這個現象，現 在就來看看發哥是怎麼做的吧。 魔術道具準備： 燒杯 加熱器 450g 的去離子水 0.25g 碳酸氫鈉 NahCO3 0.1g 乙烯基苯磺酸鈉 載玻片 H2SO4 魔術過程： 1. PS 粒子合成： PS 膠體粒子以無乳化劑乳化聚合方式進行(emulsifier-free emulsion polymerization)。14 取 450g 的去離子水於 75oC 預熱後加入 0.25g 碳酸氫 鈉 NahCO3 與 0.1g 乙烯基苯磺酸鈉攪拌十分鐘，再加入 50ml 之苯乙烯單 體，攪拌 1 小時。最後加入起始劑過硫酸鉀 0.25g 使反應開始進行，反應 時間 18 小時，得到之粒徑為 240 nm。改變乙烯基苯磺酸鈉之添加量可以 改變所得 PS 膠體粒子之大小 2. PS 粒子之自組裝： 載玻片基材先以體積比 1:1 之 H2SO4/H2O2 混合液進行清洗，而後以大量去 離子水沖洗並以氮氣移除水分，或是以高溫煅燒燒除表面有機物。PS 膠 體粒子以水稀釋至 0.125 w.t %或乙醇稀釋至 1.5 w.t %，不同溫度下進 行自組裝。基板垂直懸吊於膠體粒子溶液中，待溶液蒸發即可得到 PS 蛋 白石結構。

---

Page 55

55 破解魔術之謎： 魔術成品： 成品的奈米構造： 這些排列整齊的奈米結構大小，因為與光線中某些顏色光的波長相當，使得 光線會與這些奈米結產生交互作用，因此只會看到特定的顏色，不是本身色素的 顏色，是光反射後，人眼看到的顏色。這種有週期性的結構又稱為光子晶體。也 就說顏色上不同，代表奈米結構的不同。 生活應用： 現在光子晶體的產品並多不多見，但自然界早已存在許多光子晶體，如蝴蝶 的翅膀、孔雀的羽毛、蛋白石等等…。 實驗出處：成功大學　邱爾發　製作

---

Page 56

56 蓮花效應 「蓮花效應」，顧名思義一定與蓮花有關。沒錯！就是蓮花，蓮 花大家都對它有的映像就是美麗且廉潔，有一句諺語「蓮花出淤泥而 不染」就是形容蓮花效應的最佳代表。蓮花效應是說一表面是疏水表 面，且有具有自潔的功能。這樣說或許大家並不是很清楚吧，現在就 由下列表演讓大家了解什麼是蓮花效應。 A1. 親水疏水怎麼分 (說明親、疏水定義) A2. 燒焦怎麼辦 (碳黑仿蓮花效應) B1. 蓮花的秘密 (探索蓮花表面的構造) C1. 蝴蝶怕雨天嗎 (蝴蝶翅膀為微奈米構造，探索光子晶體構造為疏水 嗎？) C2. 蜻蜓的魔力 (蜻蜓的翅膀有蓮花效應嗎？)

---

Page 57

57 A1.親水、疏水怎麼分？ 小朋友們大家知道什麼叫親水性表面？那什麼又叫疏水性表面呢？不會分 沒關係，大家都知道有一句諺語為「蓮花出淤泥而不染。」，蓮花為什麼會出淤 泥而不染呢？這是因為蓮花是屬於疏水性表面，疏水性表面是指當有水在表面 時，當表面傾斜時，不容易殘留水份，相對的泥水也不易附著，所以蓮花可以出 淤泥而不染。相反的，若有一種表面易留下水份，就為親水性表面。 另外在一般常用來定義親、疏水性表面的方式為，水滴在表面所形成的接觸 角來判定，親水性定義為接觸角<140° ，反之接觸角>140° 為疏水性表面。範例 如下 接觸角>140° 疏水性 接觸角<140° 親水性 接觸角>140° 疏水性 接觸角<140° 親水性 魔術道具準備： 葉子一片 (小朋友自行帶一片有興趣的葉子) 水杯 滴管 水 量角器 魔術過程： 1. 把水杯裝半杯的水 2. 拿出小朋友自行帶的葉子，平放在桌子上 3. 將滴管在水杯裡吸水 4. 拿滴管在葉子上滴上一滴水 5. 拿量角器在旁，目測判定接觸角大約為幾度

---

Page 58

58 破解魔術之謎： 蓮花為什麼會疏水呢？這是因為在蓮花的表面，有著微奈米級的細小結構， 使得水不易附著在表面。 生活應用： 如果在雨衣或雨傘表面也做出這些微奈米結構，下雨天大家就不會怕雨傘或 雨衣賞所殘留的水分，把家裡弄得溼答答了。 實驗出處：成功大學　李旺龍　李文榮　製作

---

Page 59

59 A2.燒焦怎麼辦？ 在一般如何區分表面為親水性或疏水性呢？最常用的方法為滴水在測試的 表面，表面對水的親水性定義為接觸角<140° ，反之為疏水性表面。最具代表性 親水性表面可拿榕樹葉為範本，而疏水性表面可拿蓮葉為代表。但現在有一位林 魔術師，將要對大家常看到的紙杯及載玻片做一樣神奇的魔術，他將把這兩樣原 本是屬於親水性的表面變成疏水性的表面，他是如何辦到的呢？我們一起來欣賞 林魔術師的表演吧。 魔術道具準備： 紙杯 載玻片 具疏水性葉片 具親水性葉片 打火機 滴管 水 魔術過程： 1. 清洗紙杯、載玻片、具疏水性葉片與具親水性葉片 2. 四種材料各取一個，利用打火機將材料表面碳燻至黑色 3. 利用滴管將未碳黑的四種材料表面，滴上一滴水珠，觀察其水珠之分佈情 形(疏水性或親水性) 4. 利用滴管將碳黑的四種材料表面，滴上一滴水珠，觀察其水珠之分佈情形 (疏水性或親水性) 5. 比較未碳黑與碳黑四種材料表面水珠之分佈情形 6. 觀察數小時後，碳黑四種材料表面水珠之分佈情形 接觸角>140° 疏水性 接觸角<140° 親水性 接觸角>140° 疏水性 接觸角<140° 親水性

---

Page 60

60 魔術結果： 烤黑前各材料親疏水性表現： 烤黑後各材料親疏水性表現： 破解魔術之謎： 不管是疏水性表面或親水性表面，經烤黑後，都會變超疏水性表面，這是因 為烤黑時，表面會產生碳黑。碳黑為一種疏水性的奈米材料，所以水滴在覆有碳 黑的表面，表面都是疏水性的表現。 生活應用： 許多的油墨都參有碳黑，另外常用的複寫紙中也有碳黑的蹤跡喔！ 實驗出處：成功大學　林志哲　製作

---

Page 61

61 B1.蝴蝶怕雨天嗎？ 在下雨天時，大家都很討厭把身體弄的溼答答的，但我們可以在屋子裡躲 雨，但在大自然的昆蟲動物們可就沒那麼幸運了，我們來看看美麗的蝴蝶小姐 吧，她有一身漂亮的外衣，想必很討厭水把它弄溼吧，但很幸運的上天給她了一 件防水外衣，這是為什麼呢？請看李旺旺博士為我們做以下的表演吧！ 魔術道具準備： 蝴蝶翅膀 紙杯 水 滴管 魔術過程： 1. 把水杯裝半杯的水 2. 拿蝴蝶翅膀呈 450 角 3. 將滴管在水杯裡吸水 4. 拿滴管在翅膀上滴上一滴水 5. 看蝴蝶翅膀是否會吸水呢？或是會流掉？ 魔術結果： 將可以發現蝴蝶翅膀是不吸水的。 破解魔術之謎： 蝴蝶翅膀為鱗粉所排成的一光子晶體結構，光子晶體結構大小是奈米級的， 就如同蓮花的表面一般，所以蝴蝶小姐並不怕水把它美麗的外衣給弄濕了。 光子晶體結構：

---

Page 62

62 生活應用： 若我們衣服表面可以做成奈米級的，那以後不用怕醬油還是甚麼原料會弄髒 衣服了喔！ 實驗出處：成功大學　李旺龍　李文榮　製作

---

Page 63

63 B2.蜻蜓的魔力 夏天總能在河邊或草地附近，輕易找尋到蜻蜓的蹤跡，從古流傳，蜻蜓有一 種魔力，此種魔力能預測天氣。當蜻蜓高飛保證短期之內不會下雨，若蜻蜓低飛 則未來必然會下雨。這是因為當要下雨時，空氣溼度變大，大氣壓力會降低，靠 氣孔呼吸的蜻蜓要低飛比較容易呼吸 (較低的地方壓力較大)，所以大家看到蜻 蜓低飛就代表它要下雨囉！但下雨時蜻蜓那雙薄而透明的翅膀防水嗎？我們勞 瞧瞧吧。 魔術道具準備： 蜻蜓翅膀 紙杯 水 滴管 魔術過程： 1. 把水杯裝半杯的水 2. 拿蜻蜓翅膀呈 450 角 3. 將滴管在水杯裡吸水 4. 拿滴管在翅膀上滴上一滴水 5. 看蜻蜓翅膀是否會附著在上面呢？或是會流掉？ 魔術結果： 將可揭曉蜻蜓翅膀是否為疏水性翅膀？ 實驗出處：成功大學　李旺龍　李文榮　製作

---

Page 64

64 毛的秘密 只要是生活在陸地上的生物大部份都會有毛，萬物存在必然 有它的功用，那毛對生物來說是扮演什麼樣的角色，會發揮什麼 功用呢？就我們知道鵝毛被拿來作羽絨外套，相當保暖。鵝在水 裡游卻不會弄濕羽毛。壁虎能在牆壁上爬，為什麼人不能。之前 可愛的國王企鵝會什麼能在寒酷的極地生存呢，這些都跟毛有 關，但毛為什麼會有這些功能呢，我們就來看看這些毛的祕密吧。 A1. 鵝毛的秘密 (鵝毛保暖的原因) A2. 鴨毛的秘密 (鴨毛防水的原因) A3. 飛簷走壁 (壁虎能爬壁的原因) B1. 孔雀開屏 (孔雀羽毛上漂亮的原因) C1. 企鵝的毛 (企鵝靠毛保暖嗎)

---

Page 65

65 A1.鵝毛的秘密 都市小孩自小住在水泥叢林，不要說看過鵝或鴨，可能連平常吃的雞或豬， 都形容不太出來它們的特徵。他們一定都用過鵝毛製品，因為鵝毛製品多到不勝 枚舉，如羽絨外套、被單等等…，都是鵝毛做成的，鵝毛到底是有甚麼大秘密， 使得鵝毛被廣大的應用呢，現在就由養鵝專家戴博士為我們來詳細說明吧！ 魔術道具準備： 鵝毛試片標本 SEM 鍍金機 魔術過程： 1. 將鵝毛試片拿去鍍金機下鍍上一層薄薄的白金 2. 將鍍好的鵝毛試片標本放入 SEM 裡 3. 開始操作 SEM，拍鵝毛的 SEM 圖 魔術結果： 將可以觀賞到鵝毛的綿密的細微結構。 破解魔術之謎： 在微奈米級的觀察角度下，鵝毛是由整齊且綿密的細毛所排成，所以具有保 暖的功能。 生活應用： 羽絨外套、被單等等… 實驗出處：成功大學　李旺龍　李文榮　製作

---

Page 66

66 A2.鴨毛的秘密 自古常說鴛鴦戲水，但為什麼它們身上都不會溼呢？像小狗狗游完泳孩要拼 命的甩，還不能讓身體變乾。這個問題如果能夠了解原理，想當然就會有一堆的 商機可以來開發。抓不到鴛鴦可以來抓鴨，鴨也一樣有這樣不會溼的羽毛，就讓 謙先生來為我們解說吧。 魔術道具準備： 鴨毛試片標本 SEM 鍍金機 魔術過程： 1. 將鴨毛試片拿去鍍金機下鍍上一層薄薄的白金 2. 將鍍好的鴨毛試片標本放入 SEM 裡 3. 開始操作 SEM，拍鴨毛的 SEM 圖 魔術結果： 將可以觀賞到鴨毛排列整齊的羽毛結構。 破解魔術之謎： 在微奈米級的觀察角度下，鴨毛是由整齊細毛所排成，一層接著一層，所以 具有疏水的功能。 生活應用： 這種排列整齊的結構就好像稻草屋的屋頂，不易進水。 實驗出處：成功大學　李旺龍　李文榮　製作

---

Page 67

67 A3.飛簷走壁 常看中國古裝劇的小朋友們，想想裡面的大俠都會使用輕功在牆壁上奔走， 在生物界中，能做到這種本事的還有壁虎喔，但壁虎為什麼能走壁呢？甚至可以 停在牆壁上不動聲色，我們就先從他那雙大大的腳丫子來看看吧！看看那雙腳ㄚ 子是否藏有秘密呢。 魔術道具準備： 壁虎腳試片標本 SEM 鍍金機 魔術過程： 1. 將壁虎腳試片拿去鍍金機下鍍上一層薄薄的白金 2. 將鍍好的壁虎腳試片標本放入 SEM 裡 3. 開始操作 SEM，拍壁虎腳的 SEM 圖 魔術結果： 得到壁虎腳的 SEM 圖，可以觀察到許多綿密的毛。 破解魔術之謎： 經過研究，原來壁虎可以在壁牆爬行是因為他腳上有著許多奈米級的剛毛， 這些剛毛會與牆壁形成強而有力的接觸力，所以壁虎才能在壁上行走。 生活應用： 如果可以把這種多毛的結構做成貼壁利器，以後就不需要強力膠或膠布了。 實驗出處：成功大學　李旺龍　李文榮　製作

---

Page 68

68 B1.孔雀開屏 孔雀開屏的風采，令多少家禽羨慕不已，巴不得在自己身上也多插幾根孔雀 的羽毛。但羽毛就境有什麼魔力，能展現如此特殊的顏色呢？是本身羽毛的色素 嗎，還是另有原因呢，就讓我們從奈米的角度來一探索竟吧，或許會讓人有意想 不到的結果喔。 魔術道具準備： 孔雀毛試片標本 SEM 鍍金機 魔術過程： 1. 將孔雀毛試片拿去鍍金機下鍍上一層薄薄的白金 2. 將鍍好的孔雀毛試片標本放入 SEM 裡 3. 開始操作 SEM，拍孔雀毛的 SEM 圖 魔術結果： 將可以觀賞到孔雀毛的排列整齊的光子晶體結構。 破解魔術之謎： 在微奈米級的觀察角度下，孔雀毛具有光子晶體的結構，所以可以產生漂亮 的顏色。 生活應用： 裝飾品 實驗出處：成功大學　李旺龍　李文榮　製作

---

Page 69

69 C1.企鵝毛的秘密 大家對國王企鵝還有印象嗎？圓滾滾、胖嘟嘟的樣子，真是令人討人喜愛。 企鵝生活在極地當中，若沒有合宜的保暖方式，可是會很快就會死掉的喔！有人 說企鵝是靠羽毛保暖，也有人說是靠脂肪保暖。那針對羽毛的部分，讓我們來一 窺企鵝毛的構造吧。 魔術道具準備： 企鵝毛試片標本 SEM 鍍金機 魔術過程： 1. 將企鵝毛試片拿去鍍金機下鍍上一層薄薄的白金 2. 將鍍好的企鵝毛試片標本放入 SEM 裡 3. 開始操作 SEM，拍企鵝毛的 SEM 圖 魔術結果： 得到企鵝毛的 SEM 圖，我們就可以推論企鵝是否靠毛來保溫的喔！ 實驗出處：成功大學　李旺龍　李文榮　製作

---

Page 70

70 專一性 在現今發達的醫療工程中，生物檢測為一門重要的技術，在生物 檢測中，一種抗體或蛋白質只能抓取一種微生物，想像方形的物體只 能放進方形的盒子裡，三角形或圓形即使能放進去也不會接合緊隱密 接合在一起，很容易跑出來，就是這種相似的概念。因此對於這種行 為稱為專一性。就是因為這種專一性才能使生物檢測蓬勃的發展，所 以現在我們來做個小魔術來表達什麼叫專一性。 A1. 一個蘿蔔一個坑 (說明一種抗體只抓一種病菌，專一性的表達)

---

Page 71

71 A1.一個蘿蔔一個坑 現代工業醫術發達，有人將抗體抓取細胞或病菌，再利用一些測量手法，做 為檢測病菌的方法。但抗體抓細胞或病菌不是隨便抓，一種抗體只能對應到一種 細胞或病菌，這種現象我們稱為專一性，但為什麼會有這種專一性呢？現在透過 紅豆和綠豆來幫助我們了解吧。 魔術道具準備： 紅豆 ×10 顆 綠豆 ×10 顆 紙黏土 尺 魔術過程： 1. 用尺將紙黏土切下，並製作成一方塊 2. 拿綠豆放在紙黏土方塊表面，然後輕壓下去，直到綠豆三分之二的高度都 在紙黏主裡，即可停止，將紙黏土表面壓上數顆綠豆 3. 再將綠豆取出，即可得到抓取綠豆的紙黏土模型 4. 左手拿一把綠豆和紅豆，右手拿著抓取綠豆的紙黏土模型 5. 將左手的豆子在抓取綠豆的紙黏土模型上方放開，使豆子自由落下，右手 的綠豆的紙黏土模型要輕微的左有擺動，以免豆子堆積在上面 魔術結果： 等豆子落完後，即可觀察到模型上不會有紅豆被抓取

---

Page 72

72 破解魔術之謎： 卡榫為一種古代在建築或家具中製作時，接合處常用的手法，一方為凸出， 一方為凹陷，且兩處要有相同的形狀及大小，才會結合的緊實，不易分離。所以 一種形狀只會抓取一種東西，抗體與病菌就是存在著這種關係，所以有專一性。 生活應用： 香菸的濾嘴，生醫工程的抗體等…。 實驗出處：成功大學　林建甫　製作

---

Page 73

73 神奇試片 有一種神奇的材料”奈米二氧化鈦光觸媒”，它的化學名稱為 TiO2， 在日本光觸媒有夢幻材料之稱。現在我們將要印證這奈米光觸媒有什 麼神奇之處，能讓挑剔的日本人也深起拇指說讚。所以現在將 TiO2 鍍在玻璃層上，做一些簡單的表演過程，讓我們更清楚 TiO2 光觸媒有 哪些好處吧。 A1. 除臭專家 (說明二氧化鈦的除臭功能) A2. 妙管家 (說明二氧化鈦的自潔功能) A3. 多喝水 (說明二氧化鈦的親水性) B1. 神奇試片製作 (說明製作奈米層的方法，另外可做為 A 的神奇試片)

---

Page 74

74 A1.除臭專家 據說哆啦奈米有一種神奇的試片，將神奇試片放在一個有臭味的地方，只要 神奇試片經過光線的照射一段時間，臭味就消失，不過小雄並不相信，於是多啦 奈米就進行這一項神奇的表演給小雄看看，我們也來一同看看，到底有何秘密在 這其中呢。 魔術道具準備： 神奇試片(二氧化鈦薄膜玻璃) 燒杯 火柴 鋁箔 魔術過程： 魔術壹： 1. 將二氧化鈦薄膜玻璃和未鍍膜玻璃分別放入兩個不同的燒杯 2. 點燃兩隻火柴，分別丟入兩個燒杯後拿鋁箔封住燒杯口（僅燒杯口的部 份，不遮蓋燒杯側壁） 3. 靜置 15 分鐘後，打開燒杯比較其氣味。（本實驗在室內日光燈源下進行） 魔術貳： 1. 別放入兩個不同的燒杯 2. 點燃兩隻火柴，分別丟入兩個燒杯後 3. 其中一組箔包裹整個燒杯，另一組僅封住燒杯口 4. 將兩燒杯拿到太陽下靜置 15 分鐘後，打開燒杯比較其氣味 5. 同時與步驟 1 之實驗比較。 破解魔術之謎： 這是因為二氧化鈦在光源曝曬下，具有分解臭味的功能。 生活應用： 廁所除臭劑、房間殺菌劑 實驗出處：成功大學　陳彥廷　製作

---

Page 75

75 A2.妙管家 據說奇地列大師正在研究一種神奇的物質，只要將這種物質覆在任何的表 面，這個表面將不再怕被任何東西染色，所以奇地列大師把這種物質先鍍在玻璃 片上，做成神奇的試片在研究，我們來一探這其中的神秘吧。 魔術道具準備： 二氧化鈦試片 未鍍膜玻璃 亞甲基藍（Methylene blue）指示劑 蒸餾水 燒杯 鋁箔紙 魔術過程： 魔術壹： 1. 將市售亞甲基藍（Methylene blue）指示劑取 20ml，並加蒸餾水稀釋至 100ml 2. 將亞甲基藍的稀釋液滴在二氧化鈦薄膜玻璃和未鍍膜玻璃上各用滴管滴 上 20 滴 3. 靜置兩片玻璃 10 分鐘後，觀察兩試片結果。（本實驗在室內日光燈源下 進行） 魔術貳： 1. 將亞甲基藍的稀釋液滴在兩片二氧化鈦薄膜玻璃上各 20 滴 2. 將兩片玻璃至於兩個燒杯中，一組使用鋁箔包起來，另一組使用保鮮膜包 起來 3. 同時拿到太陽下去放置 10 分鐘。觀察兩試片結果 同時與實驗壹的實驗結果比較。 破解魔術之謎： 因試片表面鍍有奈米級的二氧化鈦薄膜，所以不怕被染料所附著。 生活應用： 如果可以在馬桶表面鍍上二氧化鈦，排泄物就不會殘留在馬桶表面。 實驗出處：成功大學　陳彥廷　製作

---

Page 76

76 B1.神奇試片 二氧化鈦光觸媒的分解有機物與超親水性的性質，所以具有抗菌、防污、除 霧、脫臭、淨水、抗癌等六大功用。由於多方面的應用，在日本稱光觸媒為「夢 幻材料」。為了說明奈米二氧化鈦的各項性質，我們設計在石英玻璃上利用 RF-Sputter 鍍上了一層二氧化鈦薄膜，與未鍍上二氧化鈦的對照玻璃進行一系 列的比較實驗。 魔術道具準備： 石英玻璃 Magnetron Sputter 二氧化鈦靶材 魔術過程： 1. 利用磁控濺鍍機（Magnetron Sputter）在石英玻璃上鍍上二氧化鈦薄膜 2. 使用退火爐以 500。C 高溫退火處理一小時，使二氧化鈦再結晶，製成緻密 二氧化鈦光觸媒薄膜。 TiO2 鍍膜參數 RF-power Ar flow rate Operation pressure Background pressure Sputtering time 80 W 20 sccm 15 mtorr 2×10 -5 mtorr 30 min

---

Page 77

77 奈米熱壓印 壓印為一門古老的藝術，像是紅龜糕上面凹凸起伏印，就是利用 一們模子壓到紅龜糕上，所蓋出來的。現在科技為了快速大量且方便 製造出奈米結構，也將腦筋動到壓印的方式身上。先利用一般常見半 導體製程，塗佈、軟烤、黃光、顯影、硬烤及蝕刻等步驟，做出奈米 模具，在將此奈米模具加熱壓印到目標上，即可得到奈米結構，這聽 來神奇，現在就來看看怎麼進行這項魔術吧。 B1. 滿清酷刑~烙印~ (利用熱壓印製做奈米構造，也會提到黃光微影流程) C1. 超級比一比 (用奈米熱壓印模仿蜻蜓翅膀表面結構) C2. 無所不仿 (用奈米熱壓印模仿蟬的翅膀表面結構)

---

Page 78

78 B1.滿清酷刑~烙印~ 有一天韻國哥哥在玩打火機，結果火一直是開著的有 10 分鐘之久，不久韻 國哥哥大叫一聲，原來是被燙到了，但是他發現打火機上面的形狀出現在他手 上，韻國哥哥靈機一動，他想把這種技術試試看能不能做出奈米結構，我們來看 看韻國哥哥是否會成功呢。 魔術道具準備： Si 晶圓模具 玻璃基板 PLLA 塗層 壓印機（含步進馬達、加熱器等） 光學顯微鏡 SEM 魔術過程： 1. 模具製備：以微影製程方式，將 Si 晶圓刻出所需要的特定圖形，此即為 壓印製程的模具 2. 試片準備：將玻璃基板 coat 上 PLLA 層，去除溶劑後使其成型熱壓印：將 模具加熱後，以接觸方式壓至 PLLA 表面，使 PLLA 表面軟化且成型（接觸 前模具需塗上抗沾黏劑 OTS） 3. 降溫後使 PLLA 表面硬化 4. 拔起模具 5. PLLA 表面成型

---

Page 79

79 壓印模子製作： 熱壓印過程及結果： PLLA 玻璃基板 模具加熱 刑具 犯人的皮 燙下去 完成 步驟

---

Page 80

80 魔術結果： 破解魔術之謎： 這種原裡是仿照古代刑罰-烙印的傑作，他可以大量且快速的產生奈米構造。 實驗出處：成功大學　曹韻國　製作

---

Page 81

81 生物的奧秘 大自然中許多的生物有著令人讚嘆的表現，人們從大自然中得到 許多的靈感，進而利用人類的科技去模仿，造福了世界；但至今許多 生物的表現，是人類難以模仿的，現在用一些簡單的系列表演，讓大 家了解生物的偉大在哪，各位請細細品味大自然生物的奧秘吧。 A1. 貧賤不能移　威武則會曲 (說明金屬疲勞而斷裂，昆蟲翅膀接頭耐用性 高) A2. 再快也看得清楚 (說明金龜子飛行時，翅膀會快速振動，及觀 察翅膀收起來的過程及模樣) A3. 人工翅膀 (用摺紙模擬昆蟲翅膀收起來) C1. 再多翅(次)也不怕 (探索昆蟲的關節) A4. 向蜘蛛人要絲 (用牛奶加醋及針筒做成仿蜘蛛器吐絲) B1. 蜘蛛吐絲 (SEM 圖觀察蜘蛛的吐絲器)

---

Page 82

82 A1.貧賤不能移　威武則會曲 金屬在人們心目中是非常硬的，且大部份金屬具有延展性，不易斷裂，所以 有許多金屬被應用在日常生活上，如建築的鋼構、電纜裡的銅線、吊車的鋼纜等 等…，這些都具備了不易斷裂的特性，但神奇的大魏魔術師，他將徒手將鐵線給 折斷，他到底是施了什麼魔術了？ 魔術道具準備： 鐵線 小刀 魔術過程： 1. 取出一根鐵線 2. 拿小刀在鐵線上畫出一道溝槽 3. 劃出溝槽後，把鐵線重複折彎 4. 記錄下來折彎幾次後，鐵線會斷掉 5. 再拿出一根新的鐵線 6. 一樣重複彎曲 7. 看是否會有相同的現象或次數 魔術結果： 將可發現鐵線經由小刀劃出一道溝槽後，鐵線經施力後，很容易從溝槽位置 斷掉。 破解魔術之謎： 金屬這一類的東西，只要不斷折彎，金屬會產生疲勞，嚴重的甚至會產生斷 裂。至於在金屬上畫出壹到槽溝，是因為施力時，能讓應力集中到到一個槽溝的 面上，使其加速斷裂。 生活應用： 巧克力是非常硬的東西，但許多巧克力條上會加上溝紋，除了美觀外，也是 為了讓巧克力可以順利從溝槽的地方斷掉，方便吃的人食用。 實驗出處：成功大學　李旺龍　李文榮　製作

---

Page 83

83 A2.再快也看得清楚 昆蟲飛行是一件相當神奇的事，它們的飛行方法不同於人類所設計的飛機或 直升機飛行的方法，且飛行方式相當敏捷，但一般人根本不可能清楚看到昆蟲飛 行的行為，若能清楚觀察昆蟲飛行的行為，就有機會以人造的方式去模擬。且此 次所關注的實驗在於關注昆蟲振次的頻率，再用昆蟲生命的週期去換算昆蟲一生 大約拍動多少次翅膀，就知道昆蟲的關節一生至少能承受多少次的振動而不斷。 魔術道具準備： 蚊子 昆蟲盒子 高速攝影機 電腦 魔術過程： 1. 將蚊子放入盒子裡 2. 將高速攝影對準盒子裡的蚊子 3. 拍攝蚊子飛行的時候 4. 將拍攝的影片傳入電腦 魔術結果： 將可清楚看到蚊子飛行的行為，及計算蚊子振翅的頻率，推算蚊子一生振翅 的次數。 實驗出處：成功大學　李旺龍　李文榮　製作

---

Page 84

84 C1.再多翅(次)也不怕 由”貧賤不能移　威武則會曲”魔術中，我們知道再堅固的金屬都會因為多 次的受力彎曲，造成金屬疲勞而斷裂，但在自然界中，昆蟲的飛行是靠翅膀快速 振動發出聲響或飛行，但昆蟲關節的部分難道不會斷嗎？聽說是因為昆蟲關節的 部分是一種節肢性蛋白(resilin)所組成，現在就由你們來探索一下節肢性蛋白 (resilin)吧。 魔術道具準備： 昆蟲關節試片標本 鍍金機 SEM 魔術過程： 1. 將昆蟲關節試片標本拿去鍍金機下鍍上一層薄薄的白金 2. 將鍍好的昆蟲關節試片標本放入 SEM 裡 3. 開始操作 SEM，拍昆蟲關節部分的 SEM 圖 魔術結果： 將可觀察到昆蟲關節的構造及節肢性蛋白(resilin)表面的形貌。 實驗出處：成功大學　李旺龍　李文榮　製作

---

Page 85

85 A4.向蜘蛛人要絲 根據研究，蜘蛛絲的韌性比鋼絲還要好，且與蠶絲有相仿之處，做成衣服可 以說是又輕又薄又耐磨，但蜘蛛不像蠶會做繭，所以不易取得蜘蛛絲，但如果我 們能仿造蜘蛛吐絲，或許就可以做出蜘蛛絲，現在我們就看看要怎麼做吧。 魔術道具準備： 牛奶 鍋子 攪拌棒 白醋 針筒 魔術過程： 1. 先將 100 ㏄的牛奶倒入鍋子裡加熱 2. 等到有點滾時，加入 30cc 的白醋 3. 不斷攪拌加熱至滾了五分鐘後，靜待冷卻 4. 冷卻到牛奶醋有點黏稠 5. 將已冷卻的牛奶醋倒入針筒裡 魔術結果： 針筒一壓就會有相似於蜘蛛絲的細絲。 實驗出處：成功大學　李旺龍　李文榮　製作

---

Page 86

86 B1.蜘蛛吐絲 在神話中常有蜘蛛的化身，且一般大家都認知蜘蛛是有毒的，所以不願接近 它，且身上毛茸茸的，又會吐絲，以上的種種，使得蜘蛛充滿著神祕的色彩。蜘 蛛絲是如此的細微，以普通人工的方法絕對不太可能做到，我們來看看蜘蛛吐絲 的構造是怎麼樣的吧 魔術道具準備： 蜘蛛吐絲部位的標片標本 SEM 鍍金機 魔術過程： 1. 將蜘蛛吐絲部位試片拿去鍍金機下鍍上一層薄薄的白金 2. 將鍍好的蜘蛛吐絲部位試片標本放入 SEM 裡 3. 開始操作 SEM，拍蜘蛛吐絲部位的 SEM 圖 魔術結果： 將可以觀賞到蜘蛛吐絲部位的結構。 實驗出處：成功大學　李旺龍　李文榮　製作

---

Page 87

87 【附件六】(學習單 example) 連連看： 效應： 效果： 蓮花效應 可以有漂亮的顏色 光子晶體 表面積變大了 尺寸效應 不怕水，且會自潔 配合題： a.孔雀毛 b.鴨毛 c.鵝毛 d.光碟 e.蜻蜓的翅膀 f.蝴蝶的翅膀 g.榕樹葉 h. 請問以上述物品有光子晶體存在？( )

---

Page 88

88 附件 1 98 年度國科會科教處申請補助科普活動分類表 計畫名稱　科學探索計畫-中小學學生親身體驗微奈米科技--子計畫二：親身 體驗奈米仿生科技 執行機構 及單位 成功大學奈米科技暨微系統 工程研究所 主持人 李旺龍 計畫主題（請勾選） □ 1.提升女學生對科學的興趣和自信 □ 2.縮短科學學習落差 ■3.科學探索 □ 4.生活中的科學 □ 5.海洋的科學 □ 6.自選主題，說明：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 計畫方式（請勾選） ■ 1.科普素材的研發 □ 2.電腦軟體設計 ■ 3.科普教育人才培育 □ 4.研習營 □ 5.展示 □ 6.演講 ■ 7.動手做活動 □ 8.競賽 □ 9.科技旅遊 □ 10.其他，說明：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 主持人簽名： 李旺龍 98 年 2 月 25 日

---

Page 89

89 附件 2 國科會科教處補助科普活動績效自評表 計畫名稱 「週日閱讀科學大師」系列講座活動 計畫編號 96-2515-S-006-006-MY3 執行機構及單位 成功大學奈米科技暨微系統 工程研究所 主持人　李旺龍 合辦單位 國立科學工藝博物館、高雄應用科技大學 共同補助單位 預期目標（請條列） 1. 本年度計劃共規劃十二個週日上午逐次進行，總計十二位知名科學大師將針對自然科學、 工程設計及生態能源、醫療健康等講題，運用深入淺出的觀點對一般社會大眾與青年學子 進行演說。 2. 本年度相當榮幸能夠邀請到國立自然科學博物館前館長、國立科學工藝博物館前館長、中 央研究院研究員、國立台灣大學、國立暨南國際大學、國立政治大學、國立成功大學、台 北醫學大學、崑山科技大學等學術界大師參與演說。 3. 本年度的科學講座融入近來新興的能源、生態、健康以及社會科學等主題，期能引發青年 學子對於科學研究的興趣，並增進社會大眾對於科學與新興科技領域的認識與了解，進而 廣為提昇社會大眾的科學/科技素養。 4. 計畫的推行除透過各式宣傳管道吸引南部地區主要的目標觀眾參與，更將透過網路現場直 播、錄影轉播、講座內容網路公告、科普雜誌刊登等多元化方式擴大本計畫之教育影響效 果，使全國民眾皆可體驗科學大師的學術風範，共享難得一見的知識饗宴。 計畫內重點簡述 本計畫主要對象以南部地區高中職(含)以上學生、教師以及社會大眾為主，活動地點藉由國立 科學工藝博物館優越的地理位置和完善的國際演講廳場地，在執行上透過館方長期以來在演講 與研討會活動的舉辦經驗，搭配科博館常態的多元宣傳管道與教育活動報名系統、公共電視、 電子媒體、平面媒體、科普雜誌以及專屬的常設性網站(http://science.nchc.org.tw)達到廣為宣傳 的效果以及網路播放的功能。 參加對象 南部地區高中職(含)以上學 生、教師以及社會大眾 辦理時間 週日，一年共十二場次 辦理地區 ■分區：高雄科工館現場 ■全國：網路直播 http://science.nchc.org.tw 績效 屆(年) 地區 辦理場次　參加隊數　得獎隊數　國外參加 媒體報導

---

Page 90

90 (參與人數) (人數) 隊數 次數 96 高雄科工館現場 12 3000 97 高雄科工館現場 12 3200 98 高雄科工館現場 12(預計) 3500(預 計) 自評績效： 1.預期目標達成情形 本計劃已經成為南部地區高中職學生及民眾熟知的活動，警察廣播電台的熱情協助也不斷在上 下班時段熱力放送，讓每場次的觀眾群總是有新面孔問些很深入的問題，科工館在參與較多場 次提供門票及立體電影入場卷及團體報名免費進場的協助誘因也使得假日上午到科工館聽場 演講下午進場參觀成為南部地區民眾的一個假日重要選項。 2.科普推廣之效益 以高中校長為每個場次的主持人，也會吸引該校的同學參與並且有家長陪同參加的更是常見的 場景，警廣訪問主講人的內容在剪接後也常態性的播出，對於觀眾事前的宣傳有極佳的效果。 97/2/24 由楊弘敦副主委以及林陳湧處長分別在高雄及台東北源社區連線開啟網路直播，本講座 活動不再侷限於高雄地區也擴展到有網路的任何地區。事後也整理許多內容供不及參與的民眾 上網收看後製作的精緻課程及訪問稿等資料。充分發揮發一筆經費但是長長久久的將資料提供 給民眾隨時下載觀賞的效益。 3.培養參與者擁有具體的科學教育能力（如：科學知識、整合能力、實作能力、創造力、解決 問題能力、團隊合作能力、寫作/簡報能力……等） 高師大附中學生葉哲嘉、林中冠，以「顆粒體對流現象之探討」，獲台灣國際科展物理與太空科學 科第一名，將代表台灣赴美參加 INTEL 國際科展競賽。林中冠和葉哲嘉假日常相偕到國立科學工藝 博物館，聽國科會「周日閱讀科學大師」講座，接觸到非線性物理，其中「顆粒物體對流」引起他們 的興趣。 http://science.nchc.org.tw/old_science/science_display.pdf http://mag.udn.com/mag/campus/storypage.jsp?f_MAIN_ID=11&f_SUB_ID=3022&f_ART_ID=179251 4.其他具體成效 活動網站網址：http://science.nchc.org.tw 主持人簽名：　李旺龍 98 年 2 月 25 日