前瞻技術脈動：先進材料與技術（202304）

圖、前瞻技術脈動：先進材料與技術（202304）
 

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
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.
 
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。
參考資料：New material for computer chips could reduce energy consumption. NSF, 2023/02/15.
 
科學家開發節能、可調諧的超穎裝置，用於高精度、安全的6G通訊
香港城市大學(CityU)研究團隊研發出一項突破性的可調式THz meta-device，它可以控制THz光束的輻射方向和覆蓋範圍。該裝置可以隨時將6G信號只傳送給指定的接收者，並大幅度地減少功率洩漏和提高隱密性，以提供高度可調、定向和安全的6G通訊系統。此外，可調式meta-device整合了完善的計算和設計，可以將THz波束射聚焦於2維平面或3維空間中的任意點，並可根據終端的要求進行調整，提供更高的方向性、安全性和彈性。此研究成果發表於Science Advances期刊上。(879個字；圖1)
參考資料：Scientists develop energy-saving, tunable meta-devices for high-precision, secure 6G communications. Science Daily, 2023/03/16.


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