尖端科技&材料

鋰離子電池(下稱鋰電池)的普及為我們實現「無線」生活的需求，同時也帶來了新的焦慮，促使我們追求電量相對更大、充電更快更好的電池技術，這些技術也是電動車能否真正普及的關鍵之一。針對快速充電的相關研究指出，在限制時間的高溫下充電或者是對電池照光都有助於提高電池的充電速度。

在光學通訊或光學運算晶片上，光源是最不可或缺的元件，光的產生通常來自雷射 (雷射工作原理我們曾在雷射系列介紹過) 。如同積體電路一般，所有光學晶片上的元件都希望能越小越好，因此「奈米雷射(nanolaser)」便成為這個領域發展的重點目標之一。

一提到太陽能電池，首先浮在腦海中的是什麼樣子的畫面？黑色的、方形的、在建築物的屋頂可以看到的，這應該是普遍太陽能電池的印象。事實上這類太陽能電池運作的原理和傳統上的電池並不相同，另有一種捕捉太陽能的系統更像是名符其實的太陽能電池。

電流在超導體內能不受阻力的流動，可以100%傳遞電能，不損失能量也不排放廢熱。如果能在室溫實現超導體，將是一個顛覆性的科技。近日，美國海軍發表一份關於室溫超導體的專利。不同於其他同性質的專利，它並不著重於任何化學配方，而是描述一個能產生超導的物理機制。儘管專利內並沒有實驗數據佐證，其提出的方法可信度非常高。

■從1990年代至今，半導體界持續使用波長為248奈米和193奈米的光源製造電子元件。這段期間科學家和工程師不斷挑戰物理極限，使用相同的波長製造出更精細的元件，至今已經超過二十年。然而，半導體從1997年的250奈米節點到2018年的7奈米節點，很難再繼續微縮了。為了製作更小更快的電子元件，半導體製程需要波長越短的光線。下一個世代的半導體將會使用全新的光源：波長為13.5奈米的極端紫外光。

■評價一個風場的好壞，除了風速以外，風力能否持續——當一部分的能量被風機吸收轉換成電能之後，空氣的動能能否適時獲得補充——也是需要考慮的重要因素。空氣動能的補充有兩個來源，一個來自於水平方向上氣壓梯度所產生的空氣流動，另外一個則來自垂直方向上風速梯度造成向下傳遞的動能。可以想見，對於大範圍的風場而言，其發電能力將會受到向下傳遞動能補充速率的限制，而這個上限可以透過一個動能抽取速率(Kinetic Energy Extraction rate, KKE)的指標來量化，當KKE越高，代表單位面積的理論發電能力越強。

■輸電系統由變電所、高壓電纜以及電塔構成，眾多的傳輸電纜連接起電網中一個個節點，我們才得以將電力運送到需要的地方，然而，當一個地方發生運作失當——無論是發電端、用電端的供需異常，或者是輸電網路本身的故障——輸電系統層層相連的結構反倒會使得故障連鎖性地擴散出去。

■由於電力有著無法大量儲存的特性，再加上傳輸線路可以承載的量有其上限，就像道路有著車流量的限制，超過便會造成壅塞，電力一旦生產出來，便需要盡可能得消耗掉，否則超限的電力可能會對電網造成損害，因此對於電網狀況的掌握，維持供需平衡及兼顧安全穩定的需求，成為一門重要的課題。現代社會中使用的電網主流為交流電，要去分析一個交流電系統，我們需要知道各處的電壓、頻率、相位等資訊，而廣域量測系統(Wide Area Measurement System, WAMS)可以幫助我們達成這個任務。

■半導體界有名的華人，大家多半想到台積電創辦人張忠謀，但半導體界具影響力的華人並不只他一人，本文將介紹另一位極具代表性的人物：施敏。
施敏於1968年研發出「浮閘記憶體效應」，並製作出第一個非揮發式記憶體(Non-volatile semiconductor memory，NVSM)，影響半導體產業甚鉅。若沒有這項發明，就不會有今天的手機、平板或其他電子產品。