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力学是一门历史悠久的学科，而奈米科技则是近二十年来兴起、被誉为可能是推动下一波工业革命的科技。
　　本书试图由力学观点出发，将「力学」与「奈米科技」做具体连结，使具有力学基础的读者能渐进地进入奈米科技的领域。
　　
　　本书共有七章，第一章阐述了奈米科技、力学及二者间的关系；第二章以介电泳及光镊为题，透过如何利用此两项工具对奈米物体施力及力矩与动力学连结；第三章以原子力显微镜为题，透过悬臂梁与材料力学连结；第四章以奈米流体为题，透过其数学模式与流体力学连结；第五章以软物质的力学与材料特性为题，统整奈米物体会遭遇到的各种力；第六章以利用分子模拟探索奈米结构为题，与量子力学连结；第七章讨论超常材料，以拓展读者视野。
 

作者简介

李雨

　　国立台湾大学机械工程学士（1979），美国明尼苏达大学航空工程硕士（1982），美国加州大学柏克莱校区机械工程博士（1985）。自1985年起任教于台湾大学应用力学研究所，现职教授。曾获颁1987、2008、2011及2017年度台湾大学优良教师奖。历年研究领域有地幔对流、旋转流、紊流、二相悬浮流、微流技术、广义介电泳、细胞物理、奈米流体及甲壳素的凝血机制等。

施博仁

　　国立成功大学土木工程学士（1996），国立台湾大学土木工程硕士（1998）、博士（2004）。结构工程技师高等考试及格（2000），曾服务于台湾世曦工程顾问公司（2006～2009），任建筑结构设计工程师。自2009年起任教于国立高雄大学土木与环境工程学系，现职副教授。曾获颁2011及2013年度高雄大学校级优良导师奖和校级教学优良教师奖。历年研究领域主要为弹性散射波理论、扫描探针的流固耦合力学，近年专注于眼角膜和眼球动力学等议题。

江宏仁

　　国立台湾大学植物学与化学工程学士（2002）、应用力学硕士（2004），日本东京大学物理学博士（2008）。2011年起担任台湾大学应用力学研究所助理教授与中央研究院物理所合聘助理研究员。研究领域为实验光学、软物质物理、非平衡输送现象及主动材料的设计等。

赵圣德

　　国立清华大学物理学士（1992），国立台湾大学物理博士（1999）。自2004年起任教于台湾大学应用力学研究所，现职教授。曾获颁2008年度国科会吴大猷先生纪念奖。历年研究领域有分子光谱及化学反应动力学、第一原理力场分子动力学模拟、电动效应增益生物检测器反应效率、强雷射与物质作用及非线性光电效应等。

陈瑞琳

　　国立台湾大学造船工程学士（1986）、应用力学硕士（1988）、博士（1991）。1991至2002年在中山科学研究院航空研究所担任助理研究员，2002至2004年在中央研究院物理研究所担任博士后研究员。自2004年起任教于台湾大学应用力学研究所，现职教授。曾获颁2009及2014年度台湾大学教学优良教师。近年研究领域为奈米学与光电物理，研究议题包括光子晶体、电浆子结构及电磁超常材料等。

李皇德

　　东吴大学物理系学士（2001），国立清华大学生命科学系分子医学研究所硕士（2003），国立台湾大学应用力学研究所博士（2009）。曾任工业技术研究院生医所研究员（2009）及北京中国科学院访问学者（2012）。2013年创立皇芯全球国际（股份）公司，现职总经理。曾获远哲基金会创意点子王冠军（2004）、中华民国企业第17届十大杰出创新研发金峰奖（2015）、台北国际发明暨技术交易展金牌（2016）。历年研究领域有电脑辅助药物设计、分子动力学、积体电路设计、创新医疗器材设计开发、医学美容器械开发、刑事鑑识器材开发及反恐防爆科技研究等。

陈冠宇

　　国立虎尾科技大学机械与机电工程硕士（2009），现为国立台湾大学应用力学研究所博士生。研究领域有微机电制程、光栅绕射光学、光钳系统建立与操作、几丁聚醣于凝血之研究等。

 

前言
作者简介
符号说明

第一章　绪论／李雨
1-1 奈米科技
1-2 力学
1-3 奈米科技与力学
1-4 本书架构
註释

第二章　介电泳与光镊—以非接触方式对奈米物件施力／李雨、陈冠宇
2-1 前言
2-2 介电泳
2-3 光镊
2-4 小结
註释

第三章　原子力显微镜与古典连续梁理论／施博仁
3-1 原子力显微镜基本介绍
3-2 古典连续梁基本介绍
3-3 高解析度显微镜的技术与发展
3-4 小结
註释

第四章　奈米流体／李雨
4-1 什么是奈米流体
4-2 奈米粒子的重力沉降问题
4-3 奈米流体的制备
4-4 奈米流体运动及热传的统御方程式
4-5 奈米流体的性质
4-6 奈米流体传输性质的模式及力学内涵
註释

第五章　软物质的力学与材料特性／江宏仁
5-1 布朗运动、热与随机运动分布
5-2 软物质间作用力
5-3 软物质的力学特性
5-4 软物质的自组装
註释

第六章　利用分子模拟探索奈米结构／李皇德、赵圣德
6-1 简介
6-2 理论介绍
6-3 实际操作与应用
6-4 小结
註释

第七章　超常材料／陈瑞琳
7-1 前言
7-2 超常材料定义
7-3 超常材料性质
7-4 超常材料现象
7-5 超常材料原理
7-6 超常材料结构
7-7 超常材料应用
7-8 小结
註释

结语
索引

 

前言

李雨（台湾大学应用力学研究所教授）

　　力学是一门历史悠久的学科，在有文字记载的历史出现以前，力学已应用在人类的日常生活中。就算由艾萨克．牛顿（Isaac Newton）在1687年发表的着作《自然哲学中的数学原理》（Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica）起算，至今已逾三百年。我们可利用力学的知识，了解很多日常生活中可观察到的现象；在现今大多数广泛使用的产品中，其设计及性能的优化也离不开力学的考量。所以大学工学院中有很多系所都以力学为其核心课程，也就是说，我们的社会中已有不少具备力学基础的工程师及研究者。

　　奈米科技是近二十年来兴起且热门的课题，其精髓在于此技术有能力从原子或分子的层次设计及建造具备分子组织的结构体（1～100nm），使其具备规划的性质，以开发崭新的产品。如同其他工业产品，我们认为，如能将力学的内涵融入于奈米科技中，定能有助开发出更优化的产品。事实上，不少文献已显示了力学本已存在于奈米科技中。本书试图由力学观点出发，将「力学」此一经典科学与「奈米科技」此一新兴科学做具体连结，使具有力学基础的读者能渐进地进入奈米科技的领域，以参与、研发这被誉为可能是推动下一波工业革命的科技。

　　撰写本书的动机来自于笔者们在2012至2015年间所执行的一项研究计画——「奈米科技通识与跨领域课程评估、研发与推广」。该计画属奈米国家型科技人才培育计画之一，由中华民国行政院国家科学委员会及科技部支助，其中的一个目标便是撰写一本适合大专乃至研究所初年级学生阅读的奈米科技书籍。

　　目前国内相关奈米科技书籍约有二十余本，涵盖适合高中生及一般社会大众的科普读物，乃至大专程度的专业书籍，而后者大多着重在材料及化工领域，尚无从力学观点去看奈米科技的相关书籍。对于一位土木、机械、航空、造船工程等以力学为核心课程的学生或毕业生而言，他们拥有相当的力学基础训练，如有一本书可衔接力学知识与奈米科技，便能帮助他们进入奈米科技此一领域进行研究或产品开发。这些具力学背景的学生人数估计占工学院学生的半数，为本书主要的潜在读者；此外，本书如能引起这些系所的学生对奈米科技的兴趣，使其进而投入此领域，则对此科技的发展定有甚大助益。

　　大学部基本的力学课程有三，分别为：以刚体为对象的动力学、以固体为对象的材料力学（或称固体力学）及以流体为对象的流体力学。本书一共有七章，第一章阐述了奈米科技、力学及二者间的关系；第二章以介电泳及光镊为对象，透过如何利用此两项工具对奈米物体施力及力矩与动力学连结；第三章以原子力显微镜为对象，透过悬臂梁与材料力学连结；第四章以奈米流体为对象，透过其数学模式架构与流体力学连结。修习过大学部力学课程、具有力学基础的读者，可借前四章的内容渐次融入奈米科技此一领域。

　　在第五章中，我们以软物质的力学与材料特性为题，统整及说明奈米物体会遭遇到的各种力；第六章以利用分子模拟探索奈米结构为题，说明相关计算的原理、方法及软体程式，并与量子力学连结；第七章讨论超常材料，虽然此一领域的基本原理为电磁学，但其分析方法与力学研究所採用者相似，且其设计及制造亦与力学有密切关连，读者可借本章拓展视野。

　　本书各章分别由不同作者撰写，各章主题尽量集中，读者可依需求、兴趣选择阅读，不一定要依照顺序。况且，奈米科技所涵盖内容远超出本书范围，不可能逐一列入，笔者们只希望本书能引发读者的兴趣、吸引读者投入奈米科技此一领域，并期望看到他们日后的成果，使奈米科技及力学此两项学问均能有所进展。

　　我们相信，对于已有力学背景且拟欲从事奈米科技的新进研究生，本书可作为一本入门文献，能引领他们进入此一有趣领域。本书各章的初稿源自于笔者们在「奈米科学中的力学」课程中所撰的讲义，曾于2014年秋季在台湾大学应用力学研究所开设，故本书也适合作为教材。

　　最后，我们希望本书能让读者对力学此一经典学科激发出新的火花，有趣的力学题目俯拾皆是！
 

评分☆☆☆☆☆

我是一个对前沿科学技术充满热情，但又非专业背景的爱好者，常常会为了理解一些复杂的概念而翻阅各种书籍。当我第一次看到《奈米科技中的力学》这本书时，我脑海中立刻浮现出无数的疑问。我一直对那些比细菌还要小无数倍的奈米粒子如何能够支撑起各种精密的仪器和产品感到好奇，尤其是它们在运动过程中所受到的力的作用，这是如何被科学家们捕捉和利用的？这本书的题目让我觉得它似乎在试图用我们熟悉的“力学”概念来解释一个全新的、充满未知的“奈米世界”。我期望这本书能够以一种相对易懂的方式，为我这个门外汉揭示奈米尺度下物质世界的“动力学”，比如，那些微小的奈米机器人是如何在血液中定向移动的？它们是如何克服阻力，又如何与细胞或其他微小结构相互作用的？书中是否会介绍一些巧妙的实验方法，让我们能够“看到”这些微小的力，或者用类比的方式去感受它们？我希望它能够帮助我建立起一个关于奈米力学的基本认知框架，让我能够更好地理解和欣赏那些令人惊叹的奈米科技成果。

评分☆☆☆☆☆

翻开这本书，我第一反应是它似乎比我想象的要“硬核”一些。我原本期待的是一本更偏向科普性质的读物，能够用生动形象的比喻来解释纳米力学的基本概念，但从目录和序言来看，它似乎更侧重于严谨的数学推导和物理模型的构建。这当然不是坏事，对于真正想深入研究这个领域的读者来说，这样的深度是必不可少的。我猜想书中会详细讲解诸如范德华力、静电力、表面张力等在纳米尺度下占据主导地位的相互作用力，以及如何通过分子动力学模拟、有限元分析等数值方法来研究纳米材料的力学响应。我尤其对书中关于“尺度效应”的讨论感兴趣，纳米材料的力学性能，如强度、韧性、弹性模量等，往往随着尺寸的减小而发生显著变化，甚至出现与体材料截然不同的现象。书中是否会给出这些尺度效应的理论解释，并探讨如何利用这些效应来设计和优化纳米材料，是我非常期待的部分。另外，我对书中提及的“纳米加工中的力学控制”也感到好奇，如何精确地操控纳米粒子、构建复杂的纳米结构，其背后的力学原理和技术手段，将是本书的亮点之一。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出现，对于我这样一个长期在材料科学领域摸索的研究者来说，无疑是一场及时雨。我们都知道，在纳米尺度下，材料的力学行为会展现出许多奇异的现象，比如尺寸依赖性、表面效应的显著增强，以及量子力学效应的引入，这些都给传统的宏观力学理论带来了挑战。我希望《奈米科技中的力学》能够系统地梳理和阐释这些纳米尺度下的力学规律，并提供一套相对完整的理论框架来解释这些现象。我尤其关注书中是否会深入探讨如何通过精确控制材料的微观结构和纳米组装过程，来获得我们所期望的力学性能，比如超高的强度、卓越的韧性，或者特定的摩擦学特性。此外，我还在思考，在纳米制造和加工过程中，如何有效地利用或规避纳米力学效应。例如，在纳米压印、原子层沉积等技术中，力的作用和材料的形变机制是至关重要的，书中是否会对此有详细的介绍和分析？我期待这本书能够为我们提供一套全新的视角和工具，去理解和操纵纳米材料的力学行为，从而推动纳米技术在更广泛领域的创新应用。

评分☆☆☆☆☆

读这本书之前，我对于“力学”这两个字，脑海中浮现的总是桥梁的承重、飞机的翼展、汽车的碰撞这些宏观的场景。而“奈米科技”则让我联想到微型机器人、超导材料、更高效的催化剂等等，这些概念在我眼中似乎是两个平行而又不相交的世界。所以，当我看到《奈米科技中的力学》这个书名时，内心是充满了好奇和一点点不解的。我很好奇，在那些比头发丝还要细小无数倍的奈米尺度下，我们熟悉的那些“力学”原理，比如牛顿定律、胡克定律等等，是否还能像在宏观世界一样适用？或者说，是否存在一些我们从未接触过的、全新的力学规律在支配着奈米世界的物质运动？我猜测这本书会试图弥合这两个看似遥远的领域，揭示在奈米尺度下，力的作用方式、物质的形变机制以及能量的转化过程，是如何与宏观世界产生差异，又如何在新的框架下被理解和应用。我希望书中能包含一些直观的例子，让我能够将抽象的奈米力学概念与实际的奈米技术发展联系起来，例如，在奈米电子器件中，微小的电荷移动也会伴随着微小的力，这些力对器件的稳定性有什么影响？在奈米医疗诊断中，奈米探针在血液中的运动，又受到哪些力的作用？

评分☆☆☆☆☆

这本《奈米科技中的力学》的封面设计就透着一股子沉静而又充满探索意味的格调，淡蓝色调配合着细致的纳米粒子图案，仿佛在诉说着微观世界的奇妙与挑战。我一直对纳米技术领域充满好奇，尤其是在工程和材料科学方面，我知道微观尺度的力学行为与宏观世界截然不同，但具体会涉及到哪些方面，又该如何去理解和计算，一直是个模糊的概念。所以，当我看到这本书的标题时，内心是既兴奋又有点忐忑的。我期待它能像一位经验丰富的向导，带领我一步步揭开纳米尺度下物质运动的奥秘，教会我如何用科学的工具去“感受”和“测量”这些肉眼无法捕捉的力。我希望这本书不仅仅是理论的堆砌，更能结合一些实际的应用案例，让我明白这些复杂的力学原理是如何支撑起如今蓬勃发展的纳米器件和新材料的。例如，在生物医药领域，纳米颗粒在体内的运输和相互作用，其力学性能至关重要；在电子领域，纳米导线和纳米晶体的机械稳定性直接影响着器件的性能和寿命。我对书中能否清晰地阐释这些关联，并提供一些直观的解释，有着很高的期望。