奈米並非現代人的發明，中國古代鑄劍術、中古歐洲彩繪玻璃已熟練應用奈米。而早在人類發現奈米的多方應用之前，自然界的動植物就已經是奈米的應用者了。奈米，早就在大自然中了。

奈米粒子是一種新的人造粒子，就像所有的人造的化合物那樣，那些各種各樣的人造化合物，並非自然界自身所有，但是給人類的生產和生活帶來了巨大的變化，也滲透到了現代人類所在環境的每一個角落、每一個方面。

大自然中的奈米現象

事實上，奈米尺度的特殊現象早就存在大自然之中，而且已經存在了億萬年。奈米粒子，並非人類原創，並且遍及於人類周遭的環境，以及大自然中的各種生物、非生物。其實，在翩翩飛舞的蝴蝶身上就有奈米級的構造。例如：大美藍蝶、珠光鳳蝶的翅膀會呈現繽紛燦爛的顏色，特別的是這些炫麗的顏色，還會隨著觀看者的角度不同而改變。這些美麗變換的顏色，是怎麼產生的呢？這是因為蝴蝶的翅膀上，有光子晶體的顯微結構。

什麼是光子晶體呢？光子晶體，是指一種物質呈特殊的周期性排列。這樣的排列可以反射特定波長的可見光。構成蝶翼的鱗片表面中，有許多類似樹枝狀的奈米結構，就好像一大片聖誕樹林，每條細枝間的距離大約是七十至一百奈米，這些結構並不是完全規則的，當光線照射時，依照反射定律，會反射特定波長的光波。因反射產生光波重疊作用，使得蝴蝶的翅膀能展現多彩的色澤，這就是「彩蝶效應」。

不同的結構組合可以造成不同的顏色及圖案，這樣的結構在孔雀、金龜子、吉丁蟲、海中蠕蟲「海老鼠」，以及美麗的石頭「蛋白石」身上都可看到。

壁虎的每一隻腳掌上，都布滿數百萬根直徑約兩百至五百奈米的剛毛，當數百萬根奈米尺寸的剛毛一起作用時，其吸附力最大可達一百二十公斤，因此小小的壁虎在天花板上行走時不會掉下來。

蜘蛛絲具有高彈性、高強度及黏性，可說是世界上最強的生物纖維。一條小小的蜘蛛絲是由數十到百條奈米結構結晶蛋白質纖維纏繞而成的。

蜘蛛絲可說是世界上最強的生物纖維。一條蜘蛛絲是由數十到百條奈米結構結晶蛋白質纖維纏繞而成。（AFP）

蒼蠅的複眼也是奈米結構。蒼蠅的複眼是由三千個以上的小單眼所構成的，每個單眼具有各自的光學系統，既能協調一致，又能獨立工作，神奇的地方是每個小眼是個別影像，合起來才是一個完整的影像。因此，蠅眼不僅具有高速度及高精度的分辨能力，而且能夠從不同的方位感受視像。

一些動物體內也有不同的奈米粒子。有的奈米粒子具有磁性，受到地球磁場的引力作用，藉由地球引力與磁粒子引力間的差異，使得這類生物在地磁導航下能辨識方向，作為生物羅盤的導航系統。鴿子、蜜蜂、綠蠵龜及鮭魚等都擁有這種導航系統，能回到出生的地方產卵，有優秀的歸巢本領，使牠們從千里之外飛回原來的棲地，可以不靠任何儀器進行長途旅行卻不迷失方向。這些奈米磁粒子，使得海龜記得出生地的地磁傾角與強度，因此當身體龐大但腦袋很小的綠蠵龜長大成熟之後，能依照記憶中的地磁地圖，回到出生地的海灘交配產卵。當海龜發現路徑偏斜時，會立即通知大腦神經，發出修正方向的訊號，所以不會在大海中迷失方向。而蜜蜂腹部含有奈米磁粒子，影響蜜蜂的神經系統，引導蜜蜂的飛行。磁感細菌的體內也有一串約二十個磁性晶體形成的奈米級羅盤，可以根據磁場的水平傾斜角度，游到理想的深度。

自古以來，蓮花被中國文人形容為花中君子、象徵聖潔。宋周敦頤在〈愛蓮說〉中寫著：「吾獨愛蓮之出污泥而不染，濯清漣而不妖……。」蓮葉能出污泥而不染，是因為蓮葉表面有著大小約五∼十五微米的乳突狀結構，其上覆有奈米級類似纖毛結構，此奈米級表面結構造成葉面超低表面能特性。葉面超低表面能特性，加上蓮葉表面有化學組成的蠟，使得蓮葉具有超疏水特性，在蓮花的葉面上滴一滴水，水滴會在葉上滾來滾去，水珠不易附著葉面。同樣，灰塵也不易附著於葉面，當雨水沖洗時，灰塵會隨水珠滾落而達到淨潔作用，因此蓮葉表面總是能保持潔淨不染。蓮葉表面的這種自我淨潔（self-cleaning）現象，叫做「蓮葉效應」（Lotus effect）。

超疏水特性同樣的可見於水黽，水黽足部末端具有奈米顆粒組織，而這種奈米顆粒組織形成超疏水的表面，具有防水結構讓水黽可以在水面上行走自如，僅一條腿即可支撐身體重量的十五倍。雁鴨及鵝類動物其羽毛上，由於具有奈米顆粒的防水結構，故可浮於水面上。

而自我淨潔現象同樣可見於海豚，海豚的皮膚肉眼看來光滑，其上面布滿了奈米尺寸的微小突起。這些突起物讓海中有害的微生物無法附著其上，具有自我清潔的功用。

在人身上也有奈米級的結構。人的消化系統中的小腸內壁布滿了皺摺及手指狀的絨毛，絨毛上又覆蓋一層直徑九十∼一百奈米的微絨毛，這樣的結構使得小腸的表面積增加許多，總吸收面積可達三百平方公尺。另外，人類和動物的牙齒堅硬無比，能承受極大且不斷咀嚼的磨損和壓力，原因是在牙齒的外表排列著奈米尺寸的微小晶體。

古代的奈米運用

除了大自然有奈米的蹤跡外，你知道嗎？事實上人類很早就已經開始運用奈米材料了。

中國古代的鑄劍大師，在鑄劍時將頭髮、指甲或人骨材料加入鋼中，這些材料提供了鐵中缺乏的礦物質或金屬，經由連續敲打的鑄劍過程，將這些奈米材料打入鐵結構中缺陷的部份，鑄成的劍就具有奈米合金與完整結構，因此鑄成的劍不但不會生鏽，而且堅硬無比、削鐵如泥，比如有名的干將、莫邪劍就是一例。

中國古代用燃燒蠟燭的煙霧製成的奈米尺度的炭黑來製墨、唐代皇帝用含奈米金的水來保養身體。你看，早在一千多年前，我們的祖先就能製造與使用奈米材料了。

在其他國家歷史上，原始土著常將燃燒植物或木材後得到的炭灰塗在臉上，用來嚇跑敵人和野獸。這些奈米尺度大小的炭灰粒子，可以均勻塗在臉上，且奈米炭灰的附著力很強，可以維持很久不褪色。

中古歐洲時代建造的教堂彩繪玻璃，使用的是奈米級的顏料。中古世紀歐洲工匠利用奈米金屬對光具有之吸收與發色性質，繪製出美麗的教堂彩繪玻璃。他們將金粉融於玻璃中，等凝固後析出奈米金粒子，產生透色的紅寶石色；用同樣製法，添加含銀顏料，可產生黃色和金色；添加含銅顏料，可產生綠色和磚紅色。

不過，古代人雖已成功應用奈米材料，卻可能並不知道這些材料的結構和原理。◇