前瞻技術脈動：先進材料與技術（202431）

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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8月30日

圖、前瞻技術脈動：先進材料與技術（202431）

新型奈米級 3D 列印材料可以為衛星、無人機和微電子產品提供更好的結構保護
使用金屬奈米團簇設計出可以吸收能量、提高可恢復性的奈米級3D列印材料，科學家研究將金屬奈米團簇(metal nanocluster)與目前3D列印中使用的幾種常見聚合物結合，製造出新的3D列印材料，研究發現有助於加快列印過程。這種奈米級的3D列印材料，能夠吸收的能量是其他類似密度材料的兩倍，因此可以達成更好的能量吸收效果與強度，同時展現較佳的可恢復性與回彈能力。而且材料體積比人類頭髮還小，可以列印出既堅固又輕便的物件，這個研究成果可以為衛星、無人機和微電子產品提供更強韌的輕型保護零組件。此外，科學家也嘗試使用這項3D材料來製作生物組織的替代品，例如生物骨骼，使用這種新型材料搭配一些軟性材質製作出的人工骨骼，可以同時具有堅硬的外表但又能保有活動的輕巧彈性。
參考資料：New nanoscale 3D-printing material could offer better structural protection for satellites, drones and microelectronics, NSF. 2023/02/06.

奈米複合材料電極實現快速充電的鋰金屬電池
鋰電池充電過程中往往因陽極易生枝晶而使電池性能下降且造成安全問題，而必須緩慢地充電。過去的研究多認為需要在親鋰(lithiophilic)的表面上鋰層可以長得更好，但加州大學的研究團隊發現，運用氟化鋰和鐵製成的疏鋰(lithiophobic)奈米複合材料做為電極表面，由於有更豐富的成核點且鋰可在表面快速運動，即使在高充電速率下鋰亦能均勻且緻密地沉積在電極表面，可使充電時間加快到一個小時，突破能源密集型鋰金屬電池的重大障礙。該研究發表於Nature Energy期刊。
參考資料：Progress toward fast-charging lithium-metal batteries, ScienceDaily. 2023/02/09.

超聲波的假象可以讓觸控式螢幕上的按鈕更真實
荷蘭台夫特理工大學的研究人員創造了一種可以快速改變摩擦力的玻璃平板，其可以透過一個執行器來釋放超聲波來震動平板。透過利用超聲波來讓觸控式螢幕就像是按下按鈕的錯覺，可以用來為觸控式螢幕設備來增加額外的層面。使用超聲波可以改變觸控式螢幕表面的摩擦力，透過這種效果可以讓物體的感覺不同。這個發現及設計可以讓人們對虛擬按鈕有更好的了解，該研究發表在Royal Society Interface期刊上。
參考資料：Ultrasound illusion could make buttons on a touchscreen feel real, New Scientist. 2023/02/08.

使用新材料製造的晶片可以減少運轉時的耗能
目前ICT單元的運轉大約佔全球總用電量的5%至9%，若依據這樣的成長趨勢，估計到2030年時，可能需要佔掉全球發電量的20%。為了減輕電網壓力，工程師正在設計一種新的晶片材料，將半導體的運算和記憶體放在單一晶片上以降低耗能。目前的電腦在運算時，晶片跟記憶體之間會沿著線路發送一個訊號，而這個訊號傳輸需要消耗能量，距離越遠、消耗的能量就越多。因此如果能夠縮減傳輸距離，甚至是直接接觸，就可以減少耗能。但要把記憶體跟晶片放在一起，就需要使用與積體電路能夠相容材料。目前常用於記憶體的材料是鐵電體(ferroelectrics)，它可以依據需求來保留或釋出電子。然而，大多數鐵電體與晶片常用的矽並不相容，但研究人員藉由操控二氧化鉿(hafnium oxide)的原子，讓二氧化鉿可以產生穩定的鐵電性，未來可以幫助半導體產線解決耗能問題。(1107字；圖1)
參考資料：New material for computer chips could reduce energy consumption, NSF. 2023/02/15.

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