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前瞻技術脈動：先進材料與技術（202514）

關鍵字：材料資訊學；工業界；材料；清潔能源；高頻無線電信；聚醯亞胺；超黑木材；高能電漿(high-energy plasma)；
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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6月27日
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圖、前瞻技術脈動：先進材料與技術（202514）
 
新的材料資訊學有助於生醫和航太發展
美國國家科學基金會(NSF)資助的研究顯示，透過協作研究可以改進材料資訊學(materials informatics, MI)領域的人才培育。所謂的材料資訊學是將機器學習、人工智慧和計算方法與材料科學等跨域學科相結合，可以應用於生物醫學植入物和航太複合材料等產品的研究，工業界已經看到材料資訊學在快速材料生產中的潛力。
參考資料：Collaborative approaches improve materials informatics workforce training. NSF. 2024/06/18.

科學家開發出一種卓越的材料，能將陽光和水轉化為清潔能源
目前，甲烷蒸汽重整(methane-steam reforming)生產氫氣的成本約為每公斤1.50美元，而綠色氫氣的成本約為每公斤5美元。由Oregon State University研究團隊發表於《Angewandte Chemie International Edition》期刊的研究成果指出，該團隊開發了一種突破性的光催化劑，能高效地從陽光和水中產生氫氣。這種創新材料將金屬有機框架(metal-organic frameworks, MOFs)與金屬氧化物結合，為清潔能源生產的一項重大進展。研究團隊專注於創造一種能利用太陽能迅速將水分解為氫氣的催化劑，這種MOF衍生的異質結(heterojunction)，被稱為RTTA，具有摻硫和氮的釕(ruthenium)氧化物和鈦(titanium)氧化物，使氫氣的生產速度極快，且釕氧化物的使用量極小。在測試過程中，最有效的變體RTTA-1在一小時內每克產生超過10,700微莫耳(micromole)的氫氣，光子(photon)利用率達到10%。與目前依賴甲烷蒸汽重整(methane-steam reforming)的傳統化石燃料基氫氣生產相比，這種方法提供了一種永續且經濟實惠的替代方案。研究成果突顯了MOF衍生金屬氧化物異質結在開發實用和高效的氫氣生產方法中的潛力，並有助於對抗溫室氣體排放和氣候變遷。該研究是由OSU College of Science Industry Partnership Award等機構資助。
參考資料：Scientists Develop Extraordinary Material That Can Transform Sunlight and Water Into Clean Energy. SciTechDaily. 2024/07/28.

深入研究用於高頻無線電信的聚醯亞胺
在接近太赫茲範圍的頻率下，訊號衰減和干擾等問題更加突出，保持訊號完整性變得更加困難。玻璃和陶瓷絕緣材料目前佔據主導地位，但其高成本和製造複雜性使其在很大程度上不適合高端 6G 所需的大規模生產設備。研究小組對聚醯亞胺(PI)進行了研究，聚醯亞胺作為適合高頻操作的材料越來越受到關注。聚醯亞胺因其優異的熱穩定性、機械韌性、柔韌性、輕質和良好的介電性能而脫穎而出。然而，PI 的分子結構與其介電性能之間的相關性尚未完全建立。這項研究的結果為了解 PI 的介電品質提供了一些急需的線索。這些數據最終可以讓工程師能夠利用太赫茲範圍，同時克服相關挑戰，為更快、更可靠的電信鋪路。
參考資料：A deep dive into polyimides for high-frequency wireless telecommunications. TechXplore. 2024/07/26.

超黑木材可改進望遠鏡、光學設備和消費品
超黑材料在天文學中備受期待，因其能減少散射光並提高影像清晰度，還可增強太陽能電池效率，並用於製作藝術品和奢侈品。由University of British Columbia研究團隊發表於《Advanced Sustainable Systems》期刊的研究成果指出，該團隊意外發現了一種新的超黑材料，名為Nxylon，能吸收幾乎所有的可見光，反射率不到1%。該突破源於一項最初旨在使用高能電漿(high-energy plasma)讓木材更防水的實驗。當該技術應用於木細胞的切割端時，木材表面變得極為黑暗。這種新材料在望遠鏡、光學設備、太陽能電池和奢侈品如手錶和珠寶等領域具有重要的應用潛力。由於其固有的結構能捕捉光線，Nxylon即使在鍍上合金後仍保持其超黑特性。Nxylon由北美常見的椴木(basswood)製成，也可使用其他類型的木材，具有永續性，並有望在各種產品中取代稀有木材和黑色寶石。研究團隊計劃將Nxylon商業化，與珠寶商和科技產品設計師等合作，並開發商業規模的電漿反應器以生產更大的樣品。(1267字；圖1)
參考資料：Super-black wood can improve telescopes, optical devices and consumer goods. Science Daily. 2024/07/30.

 

 
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