1. 技術概述與定義
奈米晶體（Nanocrystallites）是由在奈米尺度範圍內的晶體組成，這些晶體因其微小的尺寸、整齊的排列、明確的活性反應處，使其比塊材和非晶形材料具有更多特有的性能，包括增加的結構完整性、電子傳輸能力、穩定性和量子效應。這些效應使其被廣泛應用於能源儲存、電子設備、催化劑、量子計算、感測器及醫療領域。常見的奈米晶體包含以下幾種：
(1) 鈣鈦礦奈米晶體
材料來源例如：無鉛鈣鈦礦、混合鹵化物鈣鈦礦、錫基鈣鈦礦等等，此類材料具有可調節的能隙、高吸收係數、優異的光學與電子性能、具有廣泛的吸收光譜。粒子大小為5至100奈米，常被用作加強能源收集、壓電效應、光致發光的材料，但其缺點在於潛在的材料毒性、可擴展性有限、加工複雜度。應用領域為太陽能電池、照明、成像、顯示器、感測器與探測器、光電技術。
(2) 纖維素奈米晶體
材料來源例如：木漿纖維素、農業廢棄纖維素、細菌纖維素等等，材料特徵為具高機械強度、低密度、高透明性、增強的流變性能與熱穩定性。粒子大小為3至20奈米，常被用以做為複合材料、薄膜成形、觸變性材料，但其缺點在於材料的高生產成本、加工耗能大。應用領域為包裝材料、醫療技術。
(3) 量子點（QD）奈米晶體
材料來源例如：銀銦硫化物、硫化鋅、磷化銦、銅銦硫化物、矽、金、碳、石墨烯和鈣鈦礦QD等等，材料特徵為具高量子效率、寬吸收譜、窄發射譜、電子侷限、獨特的光學與電學性能。粒子小於20奈米，常被用作能量收集、史塔克效應、磁化、非線性光學，但其缺點在於材料毒性、環境影響、複雜的生產過程。應用領域為量子計算、顯示器、成像、太陽能電池、照明、光探測器。
(4) 2D奈米晶體
材料來源例如：石墨烯、邁科烯（MXene）、矽烯、磷烯、過渡金屬二硫化物、六方氮化硼等等，此類材料特徵為具高機械強度、高熱與電導率、光學透明性與可調的能隙。粒子大小為數奈米，常做為異向性的材料、熱導率和電導率、壓電效應、量子侷限效應、霍爾效應，但其缺點在於集成難度高、材料供應有限、成本昂貴。應用領域為電子設備、能源儲存、光電技術、增強複合材料。
(5) 磁性奈米晶體
材料來源例如：鐵氧體、鎳、鈷、氧化鐵奈米顆粒等等，材料特性為高磁飽和場、超順磁性、高異向性。粒子大小為5至100奈米，常被用作量子效應、高溫熱療法、超順磁性，但其缺點在於易氧化、溫度穩定性差。應用領域為生物醫學成像、藥物傳送、數據儲存、感測器/驅動器、電磁干擾屏蔽。
(6) 陶瓷/金屬/氧化物/合金奈米晶體
材料來源包含，陶瓷：氧化鋯、氧化鋁；金屬：金、銀；氧化物：氧化鐵、氧化鈦；合金：錫合金、鎳鐵合金、鋅銅合金等等，其材料特徵為陶瓷的硬度高、熱穩定性強；金屬的電導率高；氧化物的高介電強度；合金的機械與熱穩定性強。尺寸大小為5至500奈米，其缺點為材料的聚集及分散問題、高生產成本、毒性。應用領域為顯示器、照明、延展實境、生醫/化學/光學感測器。
(7) 碳奈米晶體
材料來源例如：碳奈米管、富勒烯、碳奈米纖維、石墨烯量子點等等，材料特徵為可作為導體或半導體、高熱導率、高機械強度、光學透明性。粒子大小通常為1至10奈米，常被用作量子侷限、光致發光、磁性、觸變性材料，但其缺點在於分散性與穩定性問題、生產成本高。應用領域為電子設備、能源儲存、太陽能電池、成像、感測器。

2. 專利概況
2021至2023年間，全球共申請了1,711項與奈米晶體技術相關的專利。這些專利主要來自包括三星集團、日立金屬有限公司，以及中國多家公司和研究機構。然而，由於技術逐漸過渡到商業化和產品開發階段，2023年的專利活動略有減少。
關鍵技術領域方面，QD和合金奈米晶體成為專利申請的重點領域，這些技術在消費電子、無線通信、光學、能源和醫療設備等多個行業中得到廣泛應用。碳奈米晶體技術的專利申請逐漸增加，特別是在醫療保健領域，可應用於下一代診斷工具和成像技術。纖維素奈米晶體也受到越來越多的關注，尤其是在可持續發展和循環經濟的應用中，領先公司如Melodea Ltd.和Stora Enso Oyj正在開發基於纖維素奈米晶體的包裝解決方案。
依照產業來分，消費電子是專利申請的重點領域，其次是醫療保健和資訊及通訊技術產業。隨著奈米晶體技術的持續發展，各公司正致力於與原始設備製造商（OEMs）合作，同時他們也直接與客戶接觸，以促進技術整合到產品中，推動技術的應用和商業化。

3. 研發投入
公共資金的部分，2023年3月，英國的Quantum Science Ltd. 獲得英國創新署的資金支持，用於擴大無鉛量子點（INFIQ）的生產規模。歐盟的Kromek Group PLC 獲得了150萬美元的Horizon Europe計劃資金，用於開發能夠快速檢測輻射源（例如炸彈）的新技術。在日本，EneCoat Technologies Co., Ltd. 和豐田汽車公司參與了「綠色創新基金專案」，致力於開發用於汽車產業的下一代鈣鈦礦太陽能電池，以達成2050年實現碳中和的目標。Oxford Photovoltaics Ltd. 獲得1500萬美元的歐洲投資銀行資金，用於推動鈣鈦礦-矽雙層太陽能電池技術的商業化。Causeway Sensors Ltd. 獲得了來自英國研究與創新的400萬美元資金，用於開發應用於醫療設備、數據通訊和數據儲存的奈米晶體技術。加拿大QD Solar Inc. 也獲得了500萬美元的資金，用於大規模生產先進的太陽能光電產品。印度政府則撥款7.3億美元支持「國家量子任務」，擴大量子技術在科學和工業領域的研發。而中國也投入了3000萬美元的資金，推動奈米科學和奈米製造技術在能源領域的應用。
在私人資金方面，歐洲企業在過去兩年中增加了對奈米晶體技術的投資，特別是在能源和生物醫學領域應用中的使用。同時，美國企業也積極開發奈米晶體技術在電子技術、光子技術及醫療成像領域的潛力，並對可持續包裝技術和能源收集技術展開深入研究。過去兩年，歐洲的公共資金投入較高，美國及其他國家如中國和日本也積極投資，企業聚焦於奈米晶體研究和基礎設施建設，以實現這些平台的商業化，提高效率並解決環保問題。

4. 創新案例
(1) Causeway Sensors Ltd.（英國）
Causeway Sensors Ltd. 開發了一種基於金屬金奈米晶體的緊湊型設備，用於量化IgG濃度並促進治療性單株抗體的生產。這項技術利用局部表面電漿共振，進行高通量的生物樣品檢測和定量，同時結合奈米結構感測平台，可即時監測數千種蛋白質結合反應，消除傳統多步篩選過程。
(2) Nanoxo Sp. Z.O.O（波蘭）
Nanoxo 開發了有機金屬氧化鋅量子點，這些量子點具備更高的生物安全性並提供了優於傳統氧化鋅量子點的太陽能電池性能。該公司通過設計的化學耦合進行氧化鋅量子點鈍化，從而在鈣鈦礦太陽能電池中實現高光生伏特性能、增強穩定性及無缺陷的產品。有機金屬技術還使得製造過程更加簡單且可重複，並在顯示器、感設器等領域展現出色性能。
(3) 三星與微軟合作（韓國與美國）
2022年，三星與微軟公司合作，將Xbox引入三星的遊戲中心，使其在Neo QLED 8K/4K、QLED和智慧顯示器系列中可用。這個新的遊戲串流平台具備極低的延遲和高品質的視覺圖像，通過先進的動態增強和遊戲性能技術，為玩家提供了更好的遊戲體驗。

5. 未來發展趨勢預測
纖維素奈米晶體作為可持續發展且高性能材料的需求將持續增長，這些材料具備優異的表面化學特性、生物降解性、生物相容性及低毒性，可被廣泛應用於紙包裝、醫藥、聚合物增強劑和造紙工業等領域。隨著歐盟對一次性塑料包裝的禁令，纖維素奈米晶體憑藉其優異的防潮、防氧氣及防油脂特性，有望成為未來包裝材料的可永續替代方案。
鈣鈦礦奈米晶體在太陽能電池技術中將獲得更大的市場支持，特別是其比傳統矽基太陽能電池具有更高的能源轉換效率。隨著全球推動減碳和能源轉型的政策，鈣鈦礦技術的應用將大幅增長，但是歐盟及美國的法案皆要求減少因鉛洩漏帶來的風險，工業界應特別努力在無鉛鈣鈦礦材料的開發和大規模生產中。
QD技術將在各行各業中持續受到重視，尤其在LED和顯示應用方面，其次則包含光電和生物醫學領域。隨著美國能源部制定能源節約標準並建立測試程序，許多行業正利用量子點的優異光學特性開發和商業化與節能相關的設備。未來的研究也逐漸轉向開發替代有毒材料，淘汰含鎘量子點，III-V族半導體量子點的開發被作為潛在的候選者，得以改善材料對健康和環境的影響。
金屬與磁性奈米晶體具有獨特的化學、物理及生物特性，在醫療應用中的發展潛力大，未來將在精準藥物遞送、抗微生物療法及診斷技術中發揮更大作用。以金屬與磁性奈米粒子為基礎的生物感測器及藥物傳遞系統是醫療產業中取得重大進展的關鍵領域。歐洲藥品管理局（EMA）和美國食品藥品監督管理局（FDA）的認可，相關產業將繼續加強對這些材料的投資，然而，業界必須通過嚴格的測定方法和遵守法規，以確保其安全性和有效性。
2D奈米晶體因其在電子、光電及計算設備中的卓越性能，將成為未來技術研發的焦點。然而，製造技術的複雜、材料穩定性、產品的規模化與現有技術的整合等挑戰仍需克服。歐盟的二維材料專案將致力於推動2D奈米晶體與現有互補式金屬氧化物半導體（CMOS）技術的整合，從而廣泛應用於電子設備、集成電路、儲能設備、記憶體設備、生物感測器、超級電容器、及太陽能電池等領域。