前瞻技術脈動：先進材料與技術（202415）

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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6月7日

圖、前瞻技術脈動：先進材料與技術（202415）

堅固耐用的材料，幾乎堪比鑽石，具有高能量密度
碳氮化合物是材料科學的一大期望，具有三維框架的CN4四面體，其硬度預估將大於或與鑽石相當。但經過三十多年的努力，目前尚未有成功的確切案例。University of Edinburgh的研究團隊發表於《Advanced Materials》期刊的研究指出，該團隊創造出一種幾乎不可能破碎的材料，可能與鑽石一樣是地球上最堅硬的物質之一。研究團隊透過合成碳和氮前體（nitrogen precursors），創造出比方解石更堅硬的碳氮化合物，目前方解石是僅次於鑽石的第二硬材料。該團隊透過將不同形式的碳氮前體置於70至135 GPa(十億帕斯卡，相當於百萬倍大氣壓力）的壓力下，同時加熱至1500°C（2732°F），成功合成該材料。該材料可能有多種用途，包括車輛和太空梭的保護塗層、強力切削工具和光感測器。另外，研究團隊發現，該材料還具有光致發光、壓電和高能量密度等特性，能在小質量的情況下儲存大量能量。
參考資料: Unbreakable material nearly as tough as diamond, with high energy density. New Atlas, 2023/12/13.

研究人員3D列印自加熱的微流體裝置
麻省理工學院的研究人員利用3D列印技術創造了可自我加熱的微流體裝置，有望應用於開發成本低廉的診斷工具。微流體裝置是一種微小的機器，用於操控液體，在家裡的測試套裝中，例如應對Covid-19的檢測，就採用了這種技術。然而，許多這類裝置需要在特定溫度下進行化學反應，通常在乾淨的實驗室中使用昂貴的金或鉑作為加熱元件進行製造。麻省理工的團隊則採用多材料3D列印技術，透過一個簡單且成本低廉的製造過程，創造了可自我加熱的微流體裝置。這種技術尤其適用於在發展中國家偏遠地區開發自我加熱微流體裝置。該研究預計發表在PowerMEMS研討會會議上。
參考資料: Scientists 3D print self-heating microfluidic devices. MIT News, 2023/12/11.

對抗氣候變遷的新武器：科學家研發出能將建築熱量射入太空的「冷卻玻璃」
發展既便於製造和應用，又具有長期環境穩定性的被動冷卻結構是一項挑戰。University of Maryland的研究團隊發表於《Science》期刊的研究成果指出，該團隊開發了一種創新的「冷卻玻璃」，可在不使用電力的情況下降低室內溫度。該微孔玻璃塗層可反射高達99%的太陽輻射，以防止建築物吸收熱量。此外，它以長波紅外線輻射的形式將熱量發射至太空中，原理與「輻射冷卻」現象相同。該技術可降低中高層公寓建築每年的碳排放量約10%。與之前的冷卻塗層不同，該玻璃具有耐用性、環境穩定性，且可廣泛應用，為永續建築技術和應對氣候變遷提供了有效的解決方案。研究團隊對其商業化前景感到樂觀，並成立了新創公司CeraCool，以擴大生產規模並推廣這項技術。
參考資料: A New Weapon Against Climate Change – Scientists Develop “Cooling Glass” That Blasts Building Heat Into Space. SciTechDaily, 2023/12/18.

革新綠色能源：氫燃料電池的新突破
燃料電池的催化劑使用昂貴的鉑族金屬(PGM)，使得燃料電池的成本仍相當昂貴。SLAC National Accelerator Laboratory、Stanford University和Technion – Israel Institute of Technology研究團隊發表於《Nature Energy》期刊的研究成果指出，該團隊在氫燃料電池技術方面取得了突破。該技術的創新之處在於，透過在催化劑中將鉑族金屬部分替換為更便宜的銀，並簡化了將催化劑塗覆在電池電極上的化學配方，大幅降低成本。該技術採用真空室進行受控沉積，提供一種更易於複製和實際運用的氫燃料電池製造方法。研究成果將使燃料電池更具經濟可行性，有利於其在大型交通運輸工具和清潔能源儲存方面的應用。該研究是由SUNCAT Center for Interface Science and Catalysis和Toyota Research Institute資助。（1211字；圖1）
參考資料: Revolutionizing Green Energy: A New Hydrogen Fuel Cell Breaskthrough. SciTechDaily, 2023/12/18.

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