奈米并非现代人的发明，中国古代铸剑术、中古欧洲彩绘玻璃已熟练应用奈米。而早在人类发现奈米的多方应用之前，自然界的动植物就已经是奈米的应用者了。奈米，早就在大自然中了。

奈米粒子是一种新的人造粒子，就像所有的人造的化合物那样，那些各种各样的人造化合物，并非自然界自身所有，但是给人类的生产和生活带来了巨大的变化，也渗透到了现代人类所在环境的每一个角落、每一个方面。

大自然中的奈米现象

事实上，奈米尺度的特殊现象早就存在大自然之中，而且已经存在了亿万年。奈米粒子，并非人类原创，并且遍及于人类周遭的环境，以及大自然中的各种生物、非生物。其实，在翩翩飞舞的蝴蝶身上就有奈米级的构造。例如：大美蓝蝶、珠光凤蝶的翅膀会呈现缤纷灿烂的颜色，特别的是这些炫丽的颜色，还会随着观看者的角度不同而改变。这些美丽变换的颜色，是怎么产生的呢？这是因为蝴蝶的翅膀上，有光子晶体的显微结构。

什么是光子晶体呢？光子晶体，是指一种物质呈特殊的周期性排列。这样的排列可以反射特定波长的可见光。构成蝶翼的鳞片表面中，有许多类似树枝状的奈米结构，就好像一大片圣诞树林，每条细枝间的距离大约是七十至一百奈米，这些结构并不是完全规则的，当光线照射时，依照反射定律，会反射特定波长的光波。因反射产生光波重叠作用，使得蝴蝶的翅膀能展现多彩的色泽，这就是“彩蝶效应”。

不同的结构组合可以造成不同的颜色及图案，这样的结构在孔雀、金龟子、吉丁虫、海中蠕虫“海老鼠”，以及美丽的石头“蛋白石”身上都可看到。

壁虎的每一只脚掌上，都布满数百万根直径约两百至五百奈米的刚毛，当数百万根奈米尺寸的刚毛一起作用时，其吸附力最大可达一百二十公斤，因此小小的壁虎在天花板上行走时不会掉下来。

蜘蛛丝具有高弹性、高强度及黏性，可说是世界上最强的生物纤维。一条小小的蜘蛛丝是由数十到百条奈米结构结晶蛋白质纤维缠绕而成的。

蜘蛛丝可说是世界上最强的生物纤维。一条蜘蛛丝是由数十到百条奈米结构结晶蛋白质纤维缠绕而成。（AFP）

苍蝇的复眼也是奈米结构。苍蝇的复眼是由三千个以上的小单眼所构成的，每个单眼具有各自的光学系统，既能协调一致，又能独立工作，神奇的地方是每个小眼是个别影像，合起来才是一个完整的影像。因此，蝇眼不仅具有高速度及高精度的分辨能力，而且能够从不同的方位感受视像。

一些动物体内也有不同的奈米粒子。有的奈米粒子具有磁性，受到地球磁场的引力作用，藉由地球引力与磁粒子引力间的差异，使得这类生物在地磁导航下能辨识方向，作为生物罗盘的导航系统。鸽子、蜜蜂、绿蠵龟及鲑鱼等都拥有这种导航系统，能回到出生的地方产卵，有优秀的归巢本领，使牠们从千里之外飞回原来的栖地，可以不靠任何仪器进行长途旅行却不迷失方向。这些奈米磁粒子，使得海龟记得出生地的地磁倾角与强度，因此当身体庞大但脑袋很小的绿蠵龟长大成熟之后，能依照记忆中的地磁地图，回到出生地的海滩交配产卵。当海龟发现路径偏斜时，会立即通知大脑神经，发出修正方向的讯号，所以不会在大海中迷失方向。而蜜蜂腹部含有奈米磁粒子，影响蜜蜂的神经系统，引导蜜蜂的飞行。磁感细菌的体内也有一串约二十个磁性晶体形成的奈米级罗盘，可以根据磁场的水平倾斜角度，游到理想的深度。

自古以来，莲花被中国文人形容为花中君子、象征圣洁。宋周敦颐在〈爱莲说〉中写着：“吾独爱莲之出污泥而不染，濯清涟而不妖……。”莲叶能出污泥而不染，是因为莲叶表面有着大小约五～十五微米的乳突状结构，其上覆有奈米级类似纤毛结构，此奈米级表面结构造成叶面超低表面能特性。叶面超低表面能特性，加上莲叶表面有化学组成的蜡，使得莲叶具有超疏水特性，在莲花的叶面上滴一滴水，水滴会在叶上滚来滚去，水珠不易附着叶面。同样，灰尘也不易附着于叶面，当雨水冲洗时，灰尘会随水珠滚落而达到净洁作用，因此莲叶表面总是能保持洁净不染。莲叶表面的这种自我净洁（self-cleaning）现象，叫做“莲叶效应”（Lotus effect）。

超疏水特性同样的可见于水黾，水黾足部末端具有奈米颗粒组织，而这种奈米颗粒组织形成超疏水的表面，具有防水结构让水黾可以在水面上行走自如，仅一条腿即可支撑身体重量的十五倍。雁鸭及鹅类动物其羽毛上，由于具有奈米颗粒的防水结构，故可浮于水面上。

而自我净洁现象同样可见于海豚，海豚的皮肤肉眼看来光滑，其上面布满了奈米尺寸的微小突起。这些突起物让海中有害的微生物无法附着其上，具有自我清洁的功用。

在人身上也有奈米级的结构。人的消化系统中的小肠内壁布满了皱摺及手指状的绒毛，绒毛上又覆盖一层直径九十～一百奈米的微绒毛，这样的结构使得小肠的表面积增加许多，总吸收面积可达三百平方公尺。另外，人类和动物的牙齿坚硬无比，能承受极大且不断咀嚼的磨损和压力，原因是在牙齿的外表排列着奈米尺寸的微小晶体。

古代的奈米运用

除了大自然有奈米的踪迹外，你知道吗？事实上人类很早就已经开始运用奈米材料了。

中国古代的铸剑大师，在铸剑时将头发、指甲或人骨材料加入钢中，这些材料提供了铁中缺乏的矿物质或金属，经由连续敲打的铸剑过程，将这些奈米材料打入铁结构中缺陷的部份，铸成的剑就具有奈米合金与完整结构，因此铸成的剑不但不会生锈，而且坚硬无比、削铁如泥，比如有名的干将、莫邪剑就是一例。

中国古代用燃烧蜡烛的烟雾制成的奈米尺度的炭黑来制墨、唐代皇帝用含奈米金的水来保养身体。你看，早在一千多年前，我们的祖先就能制造与使用奈米材料了。

在其他国家历史上，原始土著常将燃烧植物或木材后得到的炭灰涂在脸上，用来吓跑敌人和野兽。这些奈米尺度大小的炭灰粒子，可以均匀涂在脸上，且奈米炭灰的附着力很强，可以维持很久不褪色。

中古欧洲时代建造的教堂彩绘玻璃，使用的是奈米级的颜料。中古世纪欧洲工匠利用奈米金属对光具有之吸收与发色性质，绘制出美丽的教堂彩绘玻璃。他们将金粉融于玻璃中，等凝固后析出奈米金粒子，产生透色的红宝石色；用同样制法，添加含银颜料，可产生黄色和金色；添加含铜颜料，可产生绿色和砖红色。

不过，古代人虽已成功应用奈米材料，却可能并不知道这些材料的结构和原理。◇