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前瞻技術脈動：先進材料及技術（202406）

關鍵字：鈣鈦礦；太陽能；雷射粉床融合成型(LPBF)；3D列印；鋁合金；液態狀態表面(LLS)技術；防水材料；超疏水性；自組裝單分子層(self-assembled monolayers；SAMs)塗層；鋰電池；電動汽車；枝晶；
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科技產業資訊室 - 技術發展藍圖研析團隊 發表於 2024年3月8日
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圖、前瞻技術脈動：先進材料及技術（202406）

科學家開發出新方法來製造穩定、高效的下一代太陽能電池
賓州州立大學的研究人員表示，鈣鈦礦是一種很有前途的太陽能技術。與傳統矽材料相比，這種電池可以在室溫下製造，使用的能源更少，進而使它們的生產更便宜、更符合永續。

但科學家表示，用於製造這些設備的主要候選材料—混合有機-無機金屬鹵化物—含有易受濕氣、氧氣和熱量影響的有機成分，暴露在現實條件下可能會導致性能迅速下降。合作的韓國全南大學研究人員開發了一種獨特的雙沉積方法來製造該裝置—用熱空氣技術沉積一相，用三源熱蒸發沉積另一相。研究人員表示，雙重沉積技術可以為開發基於全無機鈣鈦礦或其他鹵化物鈣鈦礦成分的其他太陽能電池鋪路。除了將該技術擴展到不同的成分之外，未來的工作還將包括使當前的相異質結電池在現實條件下更加耐用，並將其縮小到傳統太陽能電池板的尺寸。
參考資料：Scientists develop new method to create stable, efficient next-gen solar cells. ScienceDaily, 2023/10/24.

研究團隊創造出具有前所未有的抗疲勞能力的3D列印鋁合金
香港城市大學與上海交通大學的研究團隊透過雷射粉床融合成型(LPBF)等3D列印技術，搭配TiB2奈米顆粒，成功開發出具有優異抗疲勞性能的新型鋁合金，稱為NTD-Al alloy。透過控制製程中的缺陷，NTD-Al alloy的抗疲勞性能優於其他鋁合金兩倍以上，包括高強度的鍛造鋁合金，可應用於輕量結構，如飛機發動機、風扇、葉片等組件。相關研究已發表於《Nature Materials》期刊。
參考資料：Team creates 3D-printed aluminum alloy with unprecedented fatigue resistance. TechXplore, 2023/10/24.

世界上最防水的表面令其發明者感到驚訝
對於高精密儀器或機械，例如太空工業機具，其防水材料的有效性會影響儀器的效能及壽命。芬蘭阿爾託大學的科學家發明一種全新的液態狀態表面(LLS)技術，可以創造出最具防水性的表面。

科學家們使用自組裝單分子層(SAMs)塗層矽基板，通過調節生產過程中的溫度和水含量等條件，可以控制SAMs覆蓋的矽面積。當SAMs覆蓋了大部分表面時，它會變得超疏水，使水形成水珠並滾落。但是，令研究人員驚訝的是，低覆蓋率也可以創造出一個光滑的表面，而且不需要水珠滾落，這是長期以來被認為是超疏水性所必需的。這種技術可以應用於許多行業，例如在管道中的熱傳遞、除冰和防霧等方面。它還可以幫助微流體學，使微小的液滴能順利地移動，同時還可以用於創建自潔表面。SAM塗層仍然相對薄且容易分散，研究人員計劃繼續改進它，以便在各種工業應用中發揮作用。這項技術在未來可能應用於許多領域，提供更廣泛的應用前景。
參考資料：World's most water-repellent surface surprises its own inventors. NewAtlas, 2023/10/24.

研究人員開發出防止下一代鋰電池損壞的方法
鋰電池廣泛用於電動汽車，但易燃的電解質是電動車安全性的一大隱憂。馬里蘭大學的研究人員提出了一種創新的鋰電池技術，可以有效防止電池火災，同時提高能量儲存。他們的方法遏制了鋰枝晶的生長，這對於全固態鋰電池的商業化至關重要。

他們在新的電池結構增加了一個富含氟的中間層，可以穩定陰極側，並用鎂和鉍對陽極的中間層進行了改性，從而抑制了鋰枝晶，能夠阻止枝晶形成，降低過熱造成短路的風險，並增加電池容量，有望使全固態電池在電動車等領域大規模應用。

全美國有75萬輛電動車使用鋰離子電池，但它們潛藏著火災風險。這一技術有望提高安全性，但仍需克服其他挑戰，如降低材料成本和提高能量密度。Solid Power等製造商計劃在2026年前推向市場，並持續進一步研究以提高性能。（1256字；圖1）
參考資料：Researchers develop way to prevent damage that plagues next-gen lithium batteries. TechXplore, 2023/10/26.


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