前瞻技術脈動：先進材料與技術(202621)

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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 2026年7月22日

圖、前瞻技術脈動：先進材料與技術(202621)

電極孔隙率控制使鋰空氣電池產量提高十倍
日本物質材料研究機構（NIMS）與成蹊大學（Seikei University）合作，成功突破鋰空氣電池（Lithium-Air Battery, LABs）長期面臨的低輸出問題。鋰空氣電池因能量密度可達鋰離子電池的5–10倍，被視為下一代超高容量儲能技術，但其反應速率緩慢，僅能輸出極低電流，限制了實際應用。研究團隊設計出高孔隙率碳奈米管電極，大幅提升氧氣的擴散與反應效率，並搭配低黏度醯胺基電解液，有效降低反應阻力。結果顯示，電池的電流密度提升了十倍，功率密度已足以支援小型無人機的懸停需求，顯示飛行續航力可望獲得實質改善。
參考資料：Electrode porosity control boosts lithium-air battery output tenfold. TechXplore, 2025/9/8

微軟類比光電腦或可成為AI與最佳化運算的節能解方
隨著AI和數位技術在各行業普及，運算所需的能源與延遲成本也不斷攀升。微軟研究團隊與劍橋大學合作開發的Analog Optical Computer (AOC)，為解決此難題帶來新突破。AOC利用光學運算方式代替傳統電子元件，透過analog電子訊號、micro-LED陣列、光學調變器與光電感測器結構，實現在單一平台上同時加速AI推理與組合優化演算，相關研究成果已刊登於《Nature》期刊。
參考資料：Can Microsoft's analog optical computer be the answer to more energy-efficient AI and optimization tasks?. TechXplore, 2025/9/8

無鹵等離子體技術實現下一代半導體用氧化鉿的原子級蝕刻
氧化鉿（HfO₂）因具高介電常數、寬能隙與熱穩定性，被視為次世代半導體元件的關鍵材料。但強鉿氧鍵亦帶來蝕刻難題，傳統原子層蝕刻（ALE）多使用含氟或氯的鹵素氣體，雖能促進反應卻具高度毒性與環境風險。日本名古屋大學與台灣明志科大團隊提出新穎的無鹵等離子體 ALE，以氮氣與氧氣電漿交替處理。首先，氮離子在偏壓下轟擊HfO₂表面，生成Hf–N鍵；隨後以氧電漿處理，分解並揮發此氮化層。此循環反應具自我限制特性，可精準控制每週期 0.023–0.107 nm 的蝕刻深度。研究團隊利用原位光譜技術證實，反應遵循配位體交換機制，氮原子取代表面氧後，再於氧電漿中轉化為揮發性副產物。同時，該技術能有效平滑表面，20個循環後粗糙度降低60%。
參考資料：Halogen-free plasma technique achieves atomic-level etching of hafnium oxide for next-gen semiconductors. TechXplore, 2025/9/9

高熵合金：隨著金屬多樣性的增加，層狀碳化物中如何呈現混沌狀態
研究團隊以含有2至9種過渡金屬的M₄AlC₃層狀碳化物為對象，系統性探討高熵材料中焓與熵對原子排列及材料性質的影響。結果顯示，當元素數較少時，焓效應驅動短程有序排列，形成穩定結構；但隨元素種類增加至七種以上，熵效應逐漸佔據主導，最終推動系統進入完全無序狀態。這一轉變透過X光繞射與二次離子質譜得到驗證，與密度泛函理論（DFT）模擬結果相符。進一步將這些MAlX材料轉化為MXene二維薄片後發現，無序化不僅影響表面化學（–O終止基增多，–OH與–F減少），也改變電子性質：在2至4種金屬時電阻率上升，但隨金屬數量持續增加則呈下降趨勢。研究團隊將此歸因於短程有序減弱後的群六族金屬鄰居減少，以及總價電子數差異縮小所帶來的影響。（1052字；圖1）
參考資料：High-entropy alloys: How chaos takes over in layered carbides as metal diversity increases. TechXplore, 2025/9/9

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