閻桂蘭

開發(fā)新型化工材料

如今電子產(chǎn)品的使用日趨頻繁，散熱成為產(chǎn)品品質(zhì)的關(guān)鍵因素。以電腦中央處理器（CPU）為例，在最快運(yùn)算速度下，雖然芯片表溫最高只有將近100℃，但是因為芯片面積非常小，其熱通量高達(dá)50瓦/平方厘米。臺灣科技人員最近開發(fā)出一種新型硅膠高分子散熱片，除了特殊的高分子基材外，加入氧化鋅等作為填料，并使用硅烷作為改質(zhì)劑，增加與硅高分子基材的相容性，使其具有較佳的柔柔性，在CPU高速運(yùn)算與冷熱循環(huán)時，能排擠不導(dǎo)熱的間隙小氣泡而提高散熱能力，熱傳導(dǎo)值約為2.5W/mK，且仍具有耐10千伏以上電壓的能力，可廣泛用于許多電子領(lǐng)域。

再如在光電有機(jī)分子化學(xué)品方面，包括影像顯示材料，如彩色濾光片、背光模組材料、偏光板、高應(yīng)答速度液晶材料、配向膜、液晶顯示器用玻璃基板、彩色光阻、冷陰極熒光燈管（CCFL）、棱鏡片、擴(kuò)散板、導(dǎo)光板材料、增亮膜、TAC膜、視角補(bǔ)償膜、配向膜材料、各向異性導(dǎo)電膠（ACF）以及光阻材料等，目前已有少部分可以島內(nèi)自主供應(yīng)，但大部分仍需依賴進(jìn)口。

最近，臺灣科技人員研發(fā)出“光電產(chǎn)業(yè)用功能性高分子薄膜”及“功能性高濃度塑料母粒”兩項關(guān)鍵加工技術(shù)平臺，前者通過材料選擇、薄膜表面處理、涂布制程設(shè)計、感壓膠配方等創(chuàng)新與改良，開發(fā)出光學(xué)級抗靜電聚酯（PET）保護(hù)膜及保護(hù)膜撕除膠帶，可應(yīng)用于光電用保護(hù)膜、偏光板用PET保護(hù)膜、手機(jī)及筆記本電腦用聚乙烯（PE）保護(hù)膜等產(chǎn)品，有助于降低光電產(chǎn)品成本，預(yù)計每年將提升產(chǎn)值約2億元新臺幣；后者開發(fā)出島內(nèi)首創(chuàng)濃度70%以上的阻燃母粒技術(shù)，縮短制品加工程序，直接降低混煉制造成本50%，增加產(chǎn)品附加價值25%，目前已有8家廠商應(yīng)用于生產(chǎn)特殊用橡膠和塑料產(chǎn)品、人造樹脂產(chǎn)品、熱可塑性彈性體、輔具產(chǎn)品、電器連接器產(chǎn)品、發(fā)泡球產(chǎn)品等，預(yù)計每年將提升產(chǎn)值約1.5億元新臺幣。

在新型生態(tài)材料技術(shù)方面，一般電子及家電產(chǎn)品皆大量使用發(fā)泡塑料，尤其是保麗龍（由聚乙烯或聚苯乙烯加發(fā)泡劑后高溫發(fā)泡形成的一種材料，也稱泡沫塑料）作為緩沖襯墊包裝材料。然而由于回收困難、再生不易、焚燒會污染環(huán)境等問題，近來許多國際公約和法令開始禁止或要求減少使用保麗龍，目前全球著名的電子及家電企業(yè)無不積極尋找替代的包裝材料。島內(nèi)生產(chǎn)包裝材料的公司多屬中小型企業(yè)，亟待技術(shù)升級。臺灣工研院最新開發(fā)的淀粉改質(zhì)發(fā)泡技術(shù)，以水經(jīng)高壓擠出淀粉產(chǎn)生的發(fā)泡材料來替代保麗龍，可改善淀粉原本脆硬特性使其具包裝緩沖使用的韌性，其制品的緩沖效果介于發(fā)泡塑料和紙漿模塑制品之間，既有發(fā)泡塑料優(yōu)異的緩沖性能，又有紙塑制品的綠色環(huán)保訴求，加上淀粉及生質(zhì)纖維來源廣泛，不使用有機(jī)發(fā)泡劑，制成包裝材料具有生物可降解性與環(huán)境協(xié)調(diào)性，廢棄掩埋后能自然降解腐爛作為肥料，不會對環(huán)境造成污染。其包裝性能符合國際標(biāo)準(zhǔn)ASTMD5276-98，且保有生物分解的特性，180天分解率超過90%。該項技術(shù)已在大陸、臺灣和美國申請專利，并授權(quán)廠商且參與合作，評估全面采用生態(tài)包裝材料的可行性。目前規(guī)劃建造淀粉發(fā)泡材料工廠，后續(xù)將投資混煉造粒、擠出發(fā)泡等生產(chǎn)設(shè)備，可望形成綠色包裝產(chǎn)業(yè)鏈。未來外銷歐洲產(chǎn)品所征收的回收稅可由1.51歐元/公斤（包裝用塑料材料）大幅降低至0.1歐元/公斤（包裝用生態(tài)材料），減緩電子產(chǎn)品出口的非關(guān)稅貿(mào)易壁壘。

此外，臺灣工研院還在開發(fā)以非糧料源生產(chǎn)的綠色生質(zhì)高分子及其復(fù)合材料應(yīng)用于資通訊產(chǎn)品的技術(shù)，建立衣康酸和5-羥甲基糠醛（HMF）及其衍生物的制程，以降低“化石碳”含量的基礎(chǔ)化工材料，供應(yīng)化工業(yè)中下游企業(yè)加工制造綠色產(chǎn)品之需。其中包括以酶工程處理方式對木薯淀粉分子量大小及結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制及切割的技術(shù)，使木薯淀粉分子量與顆粒微?；椭辨溁岳谵D(zhuǎn)化改質(zhì)及分子量降解，藉以提高直鏈淀粉含量及提升木薯淀粉可塑化的特性。酶降解后木薯淀粉經(jīng)單螺桿擠出機(jī)反應(yīng)生成熱可塑性淀粉（TPS），目前其抗張強(qiáng)度可達(dá)到170～200千克/平方厘米，未來將配合相關(guān)產(chǎn)品開發(fā)，逐步建立相容化技術(shù)、界面反應(yīng)改質(zhì)技術(shù)等，以求達(dá)到商品化實用階段，應(yīng)用領(lǐng)域包括制鞋材料、運(yùn)動器材、包裝器材、農(nóng)業(yè)相關(guān)用品以及汽車、玩具等多樣化衍生應(yīng)用產(chǎn)品。開發(fā)淀粉基生物分解包裝膜將可逐步取代目前年需求量約10萬噸的石化基塑料包裝膜，有助于降低石化基塑料對于環(huán)境所造成的白色污染及產(chǎn)生的二氧化碳排放，預(yù)估未來至少產(chǎn)生每年20億元新臺幣以上的產(chǎn)值。如果用于電腦及顯示器以及手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、移動上網(wǎng)裝置機(jī)殼材料，年需求達(dá)150萬噸以上，外銷全球產(chǎn)值高達(dá)9000億元新臺幣以上，影響的供應(yīng)鏈達(dá)數(shù)千家。

另一項生物質(zhì)擴(kuò)散板技術(shù)開發(fā)項目，目的是用綠色生物質(zhì)材料制備而成的聚乳酸（PLA）/聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）生物質(zhì)合膠擴(kuò)散材料，取代目前臺灣液晶顯示器產(chǎn)業(yè)所廣泛使用的石化產(chǎn)業(yè)下游產(chǎn)品高分子光學(xué)材料。這種新型合膠擴(kuò)散材料中，生物質(zhì)含量大于30%，通過改變其化學(xué)組成、分子特點(diǎn)而改造其物理、力學(xué)及阻隔性能，使PLA/PMMA合膠達(dá)到最佳的相容狀態(tài)，其穿透率為53%，霧度為99%，擴(kuò)散率為95%，熱變形溫度大于80℃，抗拉強(qiáng)度達(dá)780千克/平方厘米，除了有優(yōu)良的光學(xué)性能與射出加工性，不需長時間退火處理即可達(dá)到約80℃耐熱性等優(yōu)點(diǎn)外，也承襲了PMMA耐候性良好的優(yōu)點(diǎn)，且具有更好的耐沖擊性，將此材料成型為15英寸擴(kuò)散板，測量其勻光特性與出光顏色，皆與目前商品化擴(kuò)散板光學(xué)特性相近。

發(fā)展新型應(yīng)用納米技術(shù)

在新型納米材料方面，通過2003—2014年連續(xù)兩期實施的“納米重大科技計劃”，以納米前瞻研究、生醫(yī)農(nóng)學(xué)應(yīng)用、納米電子與光電技術(shù)、能源與環(huán)境技術(shù)、儀器設(shè)備研發(fā)及納米材料與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)應(yīng)用等領(lǐng)域為重點(diǎn)方向，目的是推動納米科技產(chǎn)業(yè)化，促使研發(fā)成果轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)的競爭力，為下一波高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展立下基礎(chǔ)。

該計劃目前在材料領(lǐng)域取得的成果包括：建立8套臺灣納米標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)，包括角度校正系統(tǒng)（含大、小角度校正系統(tǒng)）、階高校正系統(tǒng)、薄膜測量系統(tǒng)、微流量測量系統(tǒng)、納米壓痕測量系統(tǒng)、納米粒徑測量系統(tǒng)、力量比較校正系等，并進(jìn)行與外國實驗室間的納米粒徑測量比對活動，有助于國際納米粒子測量標(biāo)準(zhǔn)的相互協(xié)調(diào)一致性。

由于一維線狀納米銀線結(jié)構(gòu)具有易導(dǎo)通電路特性，且保有納米材料可低溫?zé)Y(jié)的特性，在電極、低溫?zé)Y(jié)導(dǎo)電涂料、超導(dǎo)厚膜電路、微波及電磁波吸收材料都可進(jìn)一步應(yīng)用，并大幅降低銀的使用量，已成為島內(nèi)納米科技研發(fā)的重點(diǎn)項目。目前，臺灣科技人員在納米銀線合成技術(shù)方面，已利用化工連續(xù)制程設(shè)計完成可量化的制造方法，生產(chǎn)直徑可控制在40～500納米不等，長徑比約100倍的納米銀線。由于銀是最佳的導(dǎo)電金屬材料，也是極佳的導(dǎo)熱材料，因此目前島內(nèi)企業(yè)已大量應(yīng)用于導(dǎo)電及導(dǎo)熱銀膠等涂布材料上，具有高導(dǎo)電及高導(dǎo)熱性、伸縮性、耐鹽霧性及適用溫度廣等特性。

臺灣工研院正在進(jìn)行數(shù)種一維納米銀線制程及其復(fù)合材料合成技術(shù)開發(fā)，包括：銀納米線連續(xù)式制程技術(shù)開發(fā)，藉由連續(xù)式制程獲得高品質(zhì)銀納米線，以提升產(chǎn)能，降低生產(chǎn)成本；納米銀線導(dǎo)電膜技術(shù)開發(fā)，進(jìn)一步以硅烷界面活性劑對納米銀線進(jìn)行表面改質(zhì)后，可混成水性及油性膠，并與環(huán)氧樹脂與乙烯樹脂制成油性導(dǎo)電膠，且分散良好，其導(dǎo)電膜可達(dá)1×10-3Ω/sq等級，且銀的使用量可降低6～8倍，用于電磁波干擾（EMI）遮蔽達(dá)99%以上時其銀使用量可降低約4倍，可應(yīng)用于薄膜開關(guān)、無線射頻辨識系統(tǒng)（RFID）、柔性印刷電路板等；另外在透光導(dǎo)電膜方面，經(jīng)由設(shè)計涂布納米銀線與碳納米管方式也可得到透光性與導(dǎo)電性俱佳的透光導(dǎo)電膜，其透光率在65%及80%時其電阻分別為5×102及2×104Ω/sq。該項技術(shù)目前正在由島內(nèi)好邦科技公司進(jìn)行測試驗證中；納米銀線導(dǎo)熱復(fù)合材料開發(fā)，即對納米銀線進(jìn)行表面改質(zhì)后，與環(huán)氧樹脂制成銀導(dǎo)熱膠，在室溫下以手工或機(jī)器進(jìn)行涂布及硬化，經(jīng)測試其熱傳導(dǎo)系數(shù)可達(dá)55.86W/mK，與0維納米銀相比其使用量可降低約6倍。

工研院材料設(shè)計與元件驗證實驗室建立的一維納米銀線合成技術(shù)，如穩(wěn)定劑結(jié)構(gòu)設(shè)計，并探討分散劑種類、反應(yīng)速率、成核行為等關(guān)鍵參數(shù)，可作為未來調(diào)控二維金屬結(jié)構(gòu)合成參考并建立一維納米銀線的成長機(jī)制及測量分析方法。新型液晶材料是在垂直排列（VA）型液晶中添加高分子單體，并在制程中使高分子單體在液晶盒中聚合成高分子網(wǎng)絡(luò)以固定液晶偏轉(zhuǎn)的角度，使液晶偏轉(zhuǎn)速度加快而達(dá)到提高應(yīng)答速度的效果。該研究所開發(fā)的光電高分子復(fù)合材料界面取樣技術(shù)可將新型液晶面板中的液晶完整取出，并搭配分析技術(shù)，可探測液晶面板中的離子不純物。此外，此技術(shù)也可應(yīng)用于各種不同復(fù)合材料界面的取樣。

由臺灣“國研院”儀器科技研究中心主任暨臺大物理系教授蔡定平帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊，與英國南安普敦大學(xué)合作開展研究，以極新穎的想法及精密的納米制作與測量技術(shù)，成功研發(fā)出環(huán)型線圈式超穎材料（即具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合材料），以實驗明確地證明環(huán)型線圈式人工結(jié)構(gòu)可以形成具高應(yīng)用價值的超穎材料，開啟了人工超穎材料設(shè)計與制作的新契機(jī)。一般的大自然材料由原子及分子組成，其天然的原子振蕩的特性便決定了它的材料特性，然而由如同甜甜圈般的環(huán)型線圈的人造單元結(jié)構(gòu)所組成的環(huán)型線圈式超穎材料，擁有十分實用的電磁場振蕩與放大效應(yīng)，猶如人造原子般的環(huán)型線圈，可以充分地提供人為掌控超穎材料光電物理特性的條件。這項成果已發(fā)表在美國《科學(xué)》（Science）期刊上，在國際上受到高度重視。該中心目前正積極開拓將環(huán)型線圈式超穎材料應(yīng)用于能源、環(huán)境與生技醫(yī)療器材等儀器科技平臺上。

由新竹清華大學(xué)光電研究所所長孔慶昌帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊，成功找出控制光場的方法，所開發(fā)出的光學(xué)波形合成器能進(jìn)一步供發(fā)展納米電子、納米材料及超快電子等研究領(lǐng)域使用。此外，通過操控位于原子與分子內(nèi)的電子活動，這項裝置也可以幫助科學(xué)家控制化學(xué)反應(yīng)。

臺灣工研院材料與化工研究所利用自組裝技術(shù)及應(yīng)用抑制劑成功操控導(dǎo)電高分子的聚合速率，開發(fā)出高導(dǎo)電率的導(dǎo)電高分子納米材料，使導(dǎo)電高分子以1000倍的導(dǎo)電率取代原有的液態(tài)電解液電容器，成為下世代新興的被動元件。由于該材料技術(shù)的突破，使導(dǎo)電高分子固態(tài)電容器能承受IC運(yùn)算速度的提升所造成的熱能及高漣波電流，并能匹配攜裝尺寸的縮小，解決便攜式電子產(chǎn)品因CPU功率提升的散熱及運(yùn)算可靠度問題，達(dá)到電子產(chǎn)品既能輕薄短小，又能高功能、高效率的雙重目的。目前部分成果技術(shù)已轉(zhuǎn)讓給島內(nèi)企業(yè)，成功開啟臺灣導(dǎo)電高分子固態(tài)電容器產(chǎn)業(yè)。

臺灣工研院還建立起島內(nèi)自主高性能熱電納米材料及微小型致冷元件等新世代納米材料設(shè)計與模組制作技術(shù)、量產(chǎn)制程技術(shù)及元件應(yīng)用的完整能力，切入國際高端熱電材料應(yīng)用市場，使島內(nèi)傳統(tǒng)散熱鰭片、風(fēng)扇及散熱管等產(chǎn)品進(jìn)一步提升至主動式冷卻及精密溫控等高端領(lǐng)域，從目前代工制造逐步進(jìn)展到具有材料自主設(shè)計開發(fā)能力，其應(yīng)用領(lǐng)域除了3C電子產(chǎn)品與零組件之外，熱電致冷空調(diào)與冷藏冷凍也逐漸顯現(xiàn)商機(jī)。

在納米光電技術(shù)領(lǐng)域，臺灣工研院研究人員利用納米材料制程技術(shù)，以油墨與水不相溶的特質(zhì)作為顯示介質(zhì)，藉由施加電壓時極性溶液對疏水層的濕潤來控制影像的色彩變化，具有無視角顯視差異、不需要裝設(shè)背光源、更新速度快等特性，符合動態(tài)影像顯示需求；若搭配太陽能基板，更可以做到自主供電，也更適合用于戶外大面積動態(tài)顯示屏與智慧調(diào)變窗。目前，工研院已與島內(nèi)廠商進(jìn)行技術(shù)合作，開發(fā)出全球第一片主動式半反射半穿透彩色電潤濕顯示（EWD）面板和新型主動式半反穿彩色微流體顯示器。

臺灣工研院研究人員還利用其掌握的納米光電技術(shù)，協(xié)助島內(nèi)柔性顯示產(chǎn)業(yè)上游材料廠長春人造樹脂公司、中游液晶面板制造廠友達(dá)光電公司及達(dá)虹光電公司、下游系統(tǒng)廠義隆電子公司投入研發(fā)雙模式柔性可彎曲顯示器相關(guān)技術(shù)。目前，友達(dá)光電公司已開發(fā)出應(yīng)用在高端移動裝置上的柔性主動顯示器，并提供柔性基板及柔性電晶體相關(guān)技術(shù)，協(xié)助廠商驗證金屬氧化物柔性薄膜電晶體（TFT）液晶背板，并以工研院轉(zhuǎn)讓的柔性基板技術(shù)為基礎(chǔ)，計劃開始量產(chǎn)柔性基板并立即用于制造柔性電泳顯示器，已在2013年日本橫濱展覽會上展出4英寸柔性主動有機(jī)發(fā)光顯示器（AMOLED）面板。義隆電子公司研發(fā)出垂直整合觸控IC設(shè)計、制造與柔性顯示器模組相關(guān)技術(shù)，并開發(fā)出柔性觸控模組，促成柔性多點(diǎn)觸控顯示器新應(yīng)用。

臺灣工研院研發(fā)的高耐候性透明熱反射薄膜應(yīng)用技術(shù)，已開發(fā)高透明紅外線（熱）反射材料并搭配非真空噴鍍制程，直接將熱反射薄膜材料應(yīng)用在傳統(tǒng)建材上，研制出低本質(zhì)缺陷的高透明薄膜，可大幅降低熱反射薄膜在現(xiàn)有建材上的顏色變異，提升該技術(shù)在建材市場的應(yīng)用性。這種高耐候性熱反射薄膜技術(shù)可藉由氧化物材料的組成與結(jié)構(gòu)組合改變光波的反射波段，增加傳統(tǒng)建材的熱反射率；低缺陷化合物復(fù)合氧化物薄膜材料調(diào)制技術(shù)則可控制透明薄膜的本質(zhì)缺陷與雜質(zhì)缺陷，以利于應(yīng)用在廣色系的建材基板上，作為節(jié)能玻璃、隔熱磁磚與熱反射外殼材料。

臺灣中山科學(xué)研究院開發(fā)出納米碳材高分子復(fù)合薄膜陣列傳感器技術(shù)，應(yīng)用于氣味的鑒定，其中每一個傳感器都被挑選針對許多不同的化學(xué)制品做出回應(yīng)。目前已建立6種工業(yè)有害氣體探檢能力與測量技術(shù)，包括乙醚（檢測下限500毫克/立方米）、丙酮（100毫克/立方米）、甲苯（100毫克/立方米）、對二甲苯（100毫克/立方米）、三氯甲烷（30毫克/立方米）、四氯甲烷（25毫克/立方米），并設(shè)計及制作出高靈敏度陣列型并聯(lián)式微型氣體傳感元件，開發(fā)高信噪比陣列式電路系統(tǒng)架構(gòu)，與氣體辨識演算法暨人因操作軟件，建立8組陣列式納米高分子復(fù)合薄膜氣體吸附即時測量技術(shù)，偵測反應(yīng)時間小于30秒，辨識正確率可達(dá)85%以上。

該技術(shù)現(xiàn)已轉(zhuǎn)讓成泰公司，并協(xié)助開發(fā)工業(yè)衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測等空氣品質(zhì)測量系統(tǒng)，促成該公司投資開發(fā)半導(dǎo)體制程廢氣處理新產(chǎn)品，可即時偵測并處理蝕刻與薄膜制程所產(chǎn)生的有害劇毒氣體，在偵測室內(nèi)空氣品質(zhì)、醫(yī)療診斷、化學(xué)工廠及環(huán)境安全性測量監(jiān)測、食品品質(zhì)管理、制藥、有毒氣體偵測、甚至軍事用途上，都有許多的應(yīng)用，每年可創(chuàng)造數(shù)億元的商機(jī)。

中山科學(xué)研究院目前正在研制具有氣體選擇性的雙層式勝肽感測薄膜，以納米碳管為導(dǎo)電層，上面披覆特殊的勝肽分子層，針對各種氣體具有不同的反應(yīng)特性。除了納米碳管外，也利用納米金作為導(dǎo)電層，比較各類型納米導(dǎo)電材料的性能。另外，他們也嘗試使用更多種類的高分子材料，并找出適當(dāng)?shù)慕M合以建立30陣列氣體感測元件，搭配主成分分析演算法，針對數(shù)種氣態(tài)毒性物質(zhì)已具備辨識能力；在電路方面已完成傳感電路微機(jī)電整合，成功開發(fā)出智慧型氣體傳感器芯片，已具備相關(guān)制程能力。

在納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)化推動方面，臺灣經(jīng)濟(jì)主管部門近年實施輔導(dǎo)項目，聚焦于納米抗菌、納米防護(hù)功能、納米環(huán)境凈化、納米阻氣等42項應(yīng)用技術(shù)，提供企業(yè)利用研究機(jī)構(gòu)已開發(fā)的納米相關(guān)技術(shù)，提升納米技術(shù)商品化的機(jī)會，通過舉辦說明會/座談會等方式積極推廣成果，促使納米產(chǎn)業(yè)化技術(shù)由點(diǎn)向面迅速拓展。在納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)化環(huán)境構(gòu)建與育成方面，“經(jīng)濟(jì)部工業(yè)局”也進(jìn)行驗證規(guī)范草案研擬項目篩選，目前正在對3C產(chǎn)品用納米探針卡、納米陶瓷散熱基板、納米銀抗菌塑料板等產(chǎn)品項目進(jìn)行篩選評估。此外，納米標(biāo)章推動工作仍在持續(xù)進(jìn)行，已研擬納米標(biāo)章驗證規(guī)范草案項目規(guī)劃、擬訂納米金屬氧化物抗菌木質(zhì)板等7項驗證規(guī)范草案稿及建立納米光觸媒自我潔凈涂料等十余項納米標(biāo)章驗證規(guī)范，共計有9家廠商227項產(chǎn)品獲得納米標(biāo)章認(rèn)可。