科技報導

高科技材料專題（四）：高科技材料何去何從？
國立臺灣大學科學教育發展中心特約編譯柯廷龍/國立臺灣大學科學教育發展中心 陳藹然博士責任編輯

編譯來源：《A Material Matter》

近年來，日本富士也試著將其公司的科技應用在不同於原屬的膠片市場上，他們銷售偏光膜製材和能夠使液晶銀幕從更寬廣的角度觀賞的化學膠片。(圖片來源：flicker用戶-Luis Hernandez – D2k6.es)

至今仍有許多人認為高科技產業可以賺許多錢，而其中又有一項產業表現特別吸睛，就是高科技材料業。

2013年初，日本帝人股份有限公司(Teijin Ltd.)與萊斯大學(Rice University)公布了新的研發成果，即「奈米碳管纖維」。某些日本的塑膠、化學和衣料製造商也已將這種纖維所製作的成品展示給那些可能會有興趣的公司，抱著他們會買單的希望。雖然這種材料成本頗高，帝人公司仍然對此產品的市場需求頗具信心。

近20年來，在日本，化學產業的獲利稱不上是特別顯眼，對某些公司而言，1年內能獲得一點利潤就算是過了個好年，相對的，先進材料製造商的表現十分亮眼，先進材料佔日本化學產業比例較少，但也較被看好，這些公司大多都能有較高的獲利。例如：專門製造電子產品和高級合成橡膠的日本橡膠公司(JSR Corp.)多年來都能賺到其營業額7%以上的收入，而另一家製造特殊化學材料和原料的可樂麗公司(Kuraray)於2012年也繳出了漂亮的成績單。下表可見日本高效能公司的收益狀況。

高科技材料專題（三）：螃蟹殼成為新電池材料
國立臺灣大學科學教育發展中心特約編譯 葉承効/國立臺灣大學物理學系 王名儒教授責任編輯

編譯來源：《Crab Shells Help Researchers Make New Battery》

電極不再是一定要用昂貴的原料或是特定的化合物來製作，或許垂手可得或毫不起眼，如：螃蟹殼與稻糠這樣被視為廢物的東西，都可以成為未來人類生活用品的重要材料。(圖片來源：Alaska Dungeness Crab)

在現今提倡環保與節能減碳的大環境下，如何運用最少的資源、能源來達到相同，甚至更好的效能是現今科學發展的趨勢。今日的電池隨著各種電子設備的快速進步，無論在體積與容量上都有更高的標準。鋰離子電池通常運用在手機、筆記型電腦、掌上型電子設備和照相機中，也因為這類電池多運用在高科技產品中，其效能、壽命與安全性一直都是發展的重點。將螃蟹殼運用在電池電極的製作，便是其中一個發展方向，不但能降低材料成本、有助環境保護，也可以增加電池的容量。

史丹佛大學材料科學教授崔屹（Cui Yi）的研究團隊在2013年的一份實驗報告中發表了關於電池電極材料的研究。通常我們看到的鋰離子電池是用鋰鈷氧化物當作陰極，碳棒當作陽極。如果能夠將電極材料加以轉換，如以矽為陰極，硫為陽極，那麼電池的電容量將會是現今的10倍以上。但是硫和矽的電極卻也會在放電充電的過程中，因為反覆的膨脹與收縮而破裂，降低了電池的壽命。

崔屹的團隊認為若是將硫和矽放入奈米碳纖維之類的奈米結構中，這樣會讓電極材料在受到保護的空間內膨脹與收縮而延長壽命。

高科技材料專題（二）：超原子？超級的原子？
國立成功大學生命科學研究所  蔡宗樺編譯/國立臺灣大學物理學系 王名儒教授責任編輯

編譯來源：《Developing Superatom Science》

超原子是原子或是分子的安定聚合，可以視為是另一種新型態，具有獨特、類似原子的性狀。(圖片來源：維基百科)

溫和的原子總是規矩地做著自己的事情，也許是轉移一些電子，或是形成分子。但有時，當他們聚集成像是團簇或樹狀物這種超原子的結構時，有時會表現出新穎的性質。

超原子是原子或分子的安定聚集，可以視為是另一種新的型態，具有獨特、類似原子的性狀。當超原子在進行反應或當成其他物質的原料時，它的行為就像個原子，能夠保持自己的完整性。例如Al₁₃^–這個超原子。這個團簇的鍵結軌域有點類似原子軌域，其40個價電子填滿了一個殼層，使得Al₁₃^–的性質就像是惰性氣體。然而若移去一個電子，使Al₁₃^–變成Al₁₃，其行為又變得像個鹵素喜歡搶奪電子。

因為這種無機超原子團簇的價分子軌域，類似他們模擬元素的原子軌域，因此獲得了不尋常的性質。賓州州立大學的卡斯爾曼教授(A. Welford Castleman Jr.)稱這個現象為「電子上與另一者等價」。他指出，氧化鋯和氮化鈮就是與鉛等價的超原子。儘管元素組成不同，藉由光電子能譜測定，這3者確實具有相似的電子性質。而且在添加氧形成PdO^–和ZrO₂^–，或 PdO⁺和ZrO₂⁺後仍然保有性質的相似性。

高科技材料專題（一）：石墨烯的新功能
國立成功大學生命科學研究所 蔡宗樺編譯/國立臺灣大學物理學系 王名儒教授責任編輯

編譯來源：《Graphene Stabs Cells》

說到「碳」，大家會想到什麼？烤肉用的木炭？還是閃亮的鑽石？其實直到1980年代，傳統上認為碳就只有2種理想有序的型態：石墨和鑽石。(圖片來源：維基百科)

說到「碳」，大家會想到什麼？烤肉用的木炭？還是閃亮的鑽石？其實直到1980年代，傳統上認為碳就只有2種理想有序的型態：石墨和鑽石。之後，這張碳清單逐漸成長，現在已經有巴克球、奈米碳管、平面石墨烯片和其他等各種型態。

大家熟悉的石墨，是由碳所組成的六邊形結構形成的平面，平面間以微弱的凡德瓦力連繫著彼此；鑽石則是正八面體晶體。

巴克球(C60)是由五邊形和六邊形組成的球體，長得很像足球；奈米碳管大部分是由六邊形、少數五邊形及七邊形所組成的直徑，為奈米級的多重管狀結構。至於本篇主角，石墨烯則是由六邊形組成的平面結構，簡單的說就是單層石墨，也是目前所知最堅硬以及最薄的材料之一。

高科技材料專題-序言：高科技的未來
國立臺灣大學科學教育發展中心 陳藹然博士/國立臺灣大學科學教育發展中心 陳藹然博士責任編輯

開發環保的新材料，也是未來科技材料的重要考量。(圖片來源：flickr用戶Frank.Vassen)

便利的生活是由各式各樣的材料堆築起，隨著科技進步、新材料的不斷被開發，同時也改變了我們的生活。構造化學科學家研究物質性質和結構的關係，從原子、分子層面開始探索瞭解材料本性，進而嘗試學習設計特定性質的材料。

本高科技材料專題系列，在〈超原子？很超級的原子？〉一文中，科學家試著瞭解原子、分子結構，從中找出未來科技材料的新面貌。

近來，π-電子系材料的熱度有增無減，π-電子系材料包含了碳簇、導電性高分子、有機半導體等，從富樂烯到奈米碳管、石墨烯的發現，物理與化學性質的深入瞭解，在電子元件、藥物等各方面應用的開發，皆顯現出了π-電子系材料的價值，在〈石墨烯的新功能〉文中提到，石墨烯在光電材料與醫藥的潛力，可預期未來π-電子系材料將會更加受到重視。