前瞻技術脈動：先進材料與技術（202506）

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科技產業資訊室(iKnow) - 技術發展藍圖研析團隊發表於 2025年3月14日

圖、前瞻技術脈動：先進材料與技術（202506）

一種簡單、便宜的方法，使碳原子結合在一起
小分子藥物的合成尤具挑戰，特別是在構建四級碳結構(quaternary carbon structure)時。研究目標是尋找簡單且低成本的方法，利用鐵基催化劑，將羧酸(carboxylic acid)與烯烴(olefin)高效轉化為四級碳。

由Scripps Research Institute研究團隊發表於《Science》期刊的研究成果指出，該團隊找到了一種突破性的有機化學方法，透過一種簡單且具經濟效益的方法合成含有四級碳的分子，為製藥和材料科學中的關鍵成分。研究團隊成功使用了單一、便宜的鐵催化劑將羧酸和烯烴等常見的化學原料轉化為複雜的分子。該方法簡化了合成過程，解決了傳統方法通常需要多種催化劑和嚴苛反應條件的問題。此外，該化學原料的易取得性和經濟性提高了該方法的經濟可行性。總體而言，該突破有望推動藥物發現和材料科學的創新，為各行業帶來潛在的好處。該研究是由National Institutes of Health、National Science和Pfizer等機構資助。
參考資料：A simple, inexpensive way to make carbon atoms bind together. Science Daily. 2024/04/05.

超彈性凝膠是科學界目前已知最具彈性的材料之一
北京清華大學的研究人員開發了一種高彈性水凝膠，可拉伸至原長度的15倍。與傳統的水凝膠不同，這種新材料因插入了珍珠項鍊鏈而保持了其形狀─由碳原子鏈連接的螺旋狀聚合物珠串結構。這種水凝膠可拉伸至長度5米，並將其面積增加100倍後恢復到原始尺寸。它在機器人技術中具有潛在應用，例如用於處理易損物品的抓握器。
參考資料：Hyperelastic gel is one of the stretchiest materials known to science. New Scientist. 2024/03/28.

研究人員發現半導體材料的「令人驚訝」的隱藏活性
為了符合摩爾定律，需設計更小型、更快速的電子設備。透過先進成像技術，可觀察半導體材料與基板之間的互動，進而優化設計與性能。

賓州大學的研究團隊近日在《Advanced Materials》期刊上發表了一篇論文，他們利用先進的成像技術，觀察到基板材料(二氧化鈦)中存在一個活躍層，會隨電場的變化做出反應，並發生類似於上方半導體材料(氧化釩薄膜)的膨脹效應。此發現意味著材料的電氣性質可能受到基板的影響，而這點以前甚少被注意到。基板中活躍層的存在，使其能為未來電子設備的效能、功耗和功能帶來新的突破。
參考資料：Surprising' hidden activity of semiconductor material spotted by researchers. TechXplore. 2024/04/04.

哈佛大學的奇異「超常流體」擁有可調控的特性
傳統上，「超穎材料」(metamaterials)的基本組成部分固定排列於晶格結構內。然而，最新研究顯示，將不連續的組成部分混合於流體介質中具有潛力。基於此，研究人員開發出「超常流體」(metafluid)，其由直徑50至500微米的充氣彈性體(elastomer)球體懸浮於矽油中。這些球體在受壓時坍塌，釋放壓力後恢復原狀，從而改變超常流體的性質。

由Harvard University研究團隊發表於《Nature》期刊的研究成果指出，該團隊創造了一種奇特的新型「超常流體」，為一種可根據需求改變性質的液體，如其可壓縮性、透明度、黏度，甚至是否為牛頓流體(Newtonian fluid)等。與固體「超穎材料」不同，超常流體具有流動並能適應容器形狀的獨特性質。超常流體是由微小的充氣彈性體球體組成，懸浮在矽油中。這些球體在受壓時會坍塌，當壓力解除時又會恢復原狀，從而改變超常流體的性質。例如，當球體保持球型時，它們會散射光線，使流體變得不透明，但當它們坍塌時，它們就像微型透鏡一樣，聚集光線，使流體變得透明。超常流體還可在牛頓和非牛頓液體間切換。這種超常流體的應用非常廣泛，包括顏色可變的電子墨水、減震器和液態電腦等。(1237字；圖1)
參考資料：Harvard's bizarre "metafluid" packs programmable properties. New Atlas. 2024/04/09.

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