化學

最近，總統賴清德以「鑄劍去雜」來比喻民主社會淬鍊的過程，引起了社會上廣泛的討論，從科學角度來看，雜質真的是壞東西嗎？本文從古代百鍊鋼的鑄劍工藝談起，帶領讀者一窺雜質如何精妙地強化材料、改變性質，甚至在現代科技扮演關鍵的角色，讓我們一起揭開雜質背後的物理真相，看它如何在科技世界中「點石成金」。

你知道嗎？未來的手機可能充一次電就能用好幾天，電腦也不再發熱卡頓，這些科技進步的夢想，可能將由「二維稀土材料」來實現。稀土元素原本就像是科技產品的「維他命」，微量卻不可或缺；而當它們進入原子層級的二維狀態後，居然還能產生全新的電子行為，像是為電子傳輸安排交通指揮，使電子只能往特定方向移動，讓資料傳輸更快、能耗更低，雖然目前仍多停留在理論預測階段，科學家正在一步步讓這些理論成為現實，成為科技再次更上一層樓的契機！

2025年，美國川普總統提出以美國技術協助換取烏克蘭稀土開採權，此舉再次突顯稀土資源的重要戰略價值，但稀土的開發困難，並不是儲量不足，而是提取與分離稀土具有高度技術門檻，本文將介紹從傳統到新型的提取方法，能進一步理解為何美國能以技術作為談判籌碼，然而，稀土的回收仍是目前的一大挑戰，目前被使用在科技產品中的稀土僅有不到5%的回收率，如何循環利用這項資源仍是目前的一大挑戰。

鈣鈦礦太陽能電池因高效能與低成本製造技術而備受矚目，然而其材料不穩定性與鉛毒性問題一直是商業化的主要障礙。近期，北京大學研究團隊開發的碘插層技術突破了這一瓶頸，透過碘離子調控鈣鈦礦結構，降低α-FAPbI₃形成的能障，並透過退插層技術確保材料純度與穩定性。此技術使太陽能電池效率達24%以上，且在高溫環境下運行1180小時後仍保持99%的原始效率。這項突破性進展，或將加速鈣鈦礦太陽能技術的商業化，引領未來能源革命！

磁鐵為什麼有磁性？蛋白質如何運作？要回答這些問題，我們必須深入物質內部進行探索，然而這一過程會受到原子外圍的電子阻礙，因此我們需要一套直搗材料核心的利器—「中子光譜」，由於中子不帶電，能直搗材料的黃龍，也就是原子核，探索微觀世界中的原子運行法則。藉由中子光譜技術的發展，我們能知道材料中的磁性如何傳遞，也能知道蛋白質如何與其他物質產生交互作用，讓我們一起來認識「中子光譜」這項強而有力的量測技術吧！

在日常生活中，氧化鎂 (MgO) 作為抗酸劑和輕瀉劑，緩解胃部不適並促進腸道健康，同時是人體所需的重要營養補充劑。在材料科學中，MgO的鹽岩結構賦予其優異的機械強度、絕緣性及導熱性，使其成為奈米科技中不可或缺的材料，應用於電子元件中的絕緣層、散熱層及磁性隧道接面中。直到2024年的研究，科學家發現透過調控MgO表面的氧缺陷，能提升其在燃料電池中的催化活性，加速氧還原反應 (ORR)，增強燃料電池的轉換效率，因而促進綠色能源技術的發展，然而，隨著奈米科技的進步，MgO在微小尺度下的缺陷控制仍是一大挑戰。

稀土元素能為現代科技開外掛，無論是電動車的強勁加速、手機螢幕的鮮豔色彩，還是耳機中清晰動人的音質，這些都有賴於稀土元素的應用。稀土元素的強磁矩、高矯頑力以及高密度的能階，造就了當今高效能的科技產品，也因此稀土的礦權成為了國際間相互爭奪的標的，讓我們一起來了解稀土元素如何推動現有的科技吧！

2025年2月美國總統川普試圖與烏克蘭總統澤倫斯基達成一項戰略協議，藉由對烏克蘭的軍事與經濟支持，換取美國在稀土元素開採上的優先權，這一舉動再次使稀土元素成為全球焦點。稀土元素雖名為「稀土」，但實際上其在地殼中的含量並不稀少，卻因開採困難且環保風險高，需要高科技技術進行開採，且分布高度集中於特定區域，成為全球供應鏈的戰略要點。無論你的政治立場為何，都讓我們一起以科學的角度來認識什麼是稀土元素吧！

在追求永續的現代能源議題中，氫能顯然是讓人非常重視與期待的一項解方。儘管如此，傳統的HER在酸性環境下進行，使得電極材料易被腐蝕，必須採用貴重金屬鉑 (Pt)，使其成本仍居高不下，以致於無法將此方法普及在能源發展之中，近年來，科學家發現二維材料的引入或許能成為突破口，這些材料因其僅具單層原子的結構，不只能提供更多的活性位點，還能由不同材料的堆疊能使電極自帶電場，促進氫氣生成反應。