香港大學開發出「超級鋼Super Steel」，比航空鋼材堅韌成本卻更低

       香港大學團隊開發出一種新型鋼材，保持強度之餘還提升了抵抗斷裂的韌性及延展性，由於成本低廉，研究人員認為，這種新型材料將有廣大的應有前景。

金屬材料應用上主要會針對強度、韌性、延展性 3 個屬性進行評估，其中強度是材料在變形或失效前可承受的負載量，韌性則是衡量多大的能量才能使材料斷裂，延展則是評估將材料擴展、拉長為不同形狀的難易度。

雖然強度、韌性兩者聽起來很像，但在作用上其實完全不同，舉例來說，玻璃便是一種高強度但韌性低的材料，可以支撐相當大的重量，但也不需要太多能量就可以破壞它。

儘管這 3 種屬性對材料來說都相當重要，但可惜的是，想嘗試改善其中一種往往會減少另一個特性，使得在應用上往往得做出權衡，但現在，香港大學和美國柏克萊國家實驗室（LBNL）研究人員成功突破這一點，製造出在 3 種性能上均具有好表現的鋼鐵材料。

這種運用新穎「變形配分」（D&P）方法製成新型鋼材被團隊稱為「超級鋼」（super steel），在獨特的設計下具有良好的斷裂韌性，當材料表面出現裂縫時，其下方會形成多個細小裂紋，持續吸收來自外力的能量防止主裂紋擴展得太快。

從《科學》（Science）期刊論文的數據來看，超級鋼的屈服強度約為 2GPa、斷裂韌性 102MPažm½、均勻延伸率為 19%，在 3 種性能上均有著出色表現，甚至比現有航空工程中使用的 Grade 300 麻時效鋼（maraging steel）更堅固也更堅韌。不僅如此，超級鋼在成本上也遠比麻時效鋼低廉，成本僅後者製造費用的 20% 左右。

研究主要作者、香港大學機工系教授黃明欣認為，他們已經朝向將超級鋼產業化邁出一大步，「包括高級防彈背心、橋梁電纜、輕型汽車、軍用車輛、航空航天產業及建築產業中的高強度螺栓和螺帽在內，超級鋼顯示出廣泛的應用潛力。」

更多連結:

• “Super steel" breakthrough makes for stronger and tougher alloy
• HKU Super Steel project attains major breakthrough with collaborators at Berkeley Lab in producing high strength steel at unprecedented levels of fracture resistance

(資料來源: 科技新報 作者Nana Ho| 發布日期 2020 年 05 月 14 日 19:56 )

太神！科學家研發新材料 打造機器人軍隊

科學家研發了一種新材料，可以自行組裝成一支「軍隊」，形成一個齊心協力的作戰單元。該材料由一堆圓球組成，當暴露在電場中時，可以自動地排列組合成某種圖案。科學家認為，將來也許能利用此種材料，打造出一支機器人軍隊。

該研究由隸屬於韓國蔚山國家技術研究所（UNIST）的科學家團隊進行，研究人員來自世界各地。他們受到蜜蜂和螞蟻的的群體行為啟發，進行了此次研究。他們在實驗室中利用計算機模型，試圖複製動物的這一行為，並首次設計出了這款新材料。

「杰納斯膠體」具有對稱性破缺的性質，擁有自我推動的能力。
「杰納斯膠體」具有對稱性破缺的性質，擁有自我推動的能力。(圖/everywherechemistry)
他們打造自我推進式的小球，名叫「杰納斯膠體」（Janus colloids， Janus是神話中的雙面神）。當這些小球暴露在電場中時，便可以自動排列組合成各式各樣的形狀。

由美國西北大學的埃里克路易登博士（Dr Erik Luijten）帶領。他們在論文中寫道：「杰納斯膠體是一種，由兩個不同半球組成的粒子，是一種典型的合成材料，由於具有對稱性破缺（symmetry breaking）的性質，它們擁有自我推動的能力。」

杰納斯膠體的兩側有著不同的性質，一邊帶正電荷，另一邊帶負電荷。
杰納斯膠體的兩側有著不同的性質，一邊帶正電荷，另一邊帶負電荷。(圖/流動日報)
杰納斯膠體的兩側有著不同的性質，一邊帶正電荷，另一邊帶負電荷。在「對稱性破缺」的作用下，當該膠體暴露在電場中時，粒子所帶電荷便會產生變化，在不同的膠體間產生靜電作用。這意味著，有些粒子會彼此相斥，有些會彼此相吸，還有一些會保持中立狀態。

因此，這些圓球能自動組合成某種形狀，如一根鏈條、一個大圓球、或者聚成一簇。目前為止，研究人員僅用計算機模型，和一個簡單的二維杰納斯膠體系統進行測試。研究人員希望能盡快研發出該材料的三維原型，以便研究該材料的實際用途。

電影中看到的機器人軍隊，可望在未來成真。
電影中看到的機器人軍隊，可望在未來成真。(圖/傳送門)
該研究團隊認為，這種材料可將藥物送達人體中的指定地點。人們可以把藥物放在圓球中，然後由圓球在人體需要的部位自行組合起來。或許，也可用來打造自動成型的機器人，以單台機器的形式存在，但行動起來整齊劃一，甚至能成為一支軍隊。

高熵合金之父貢獻大 登頂尖期刊專題報導

11年前發表第一代「高熵（音同商）合金」的清大材料科學工程學系教授葉均蔚，混合5、6種以上等比例金屬，得到性能更優秀合金，而被譽為「高熵合金之父」，2009年葉均蔚更提出第二代「高熵合金」，也因為翻轉傳統合金概念，受到頂尖知名期刊關注，上月19日出版的頂尖國際期刊《自然》 (Nature)更做出專題報導，稱讚葉均蔚為形容高熵合金第一人，並以神奇的「金屬調合學」來形容。


葉均蔚帶領的研究團隊，11年前發表第一代「高熵合金」，所謂高熵合金，就是融合至少5種以上金屬元素，每種元素以相同比例的原子數混合而成，讓合金變得更強（抗折斷）、更韌（抗變形），且耐高溫、腐蝕、輻射、摩擦，而7年前開始，葉均蔚發表第二代「高熵合金」，每種元素的原子數以不同比例調配，證明性能優於第一代。

科技部今天舉辦記者會，宣布葉均蔚榮登《自然》專題報導，葉均蔚回憶說，傳統合金幾乎都是某一元素為主，再添加少量其他元素，例如在鐵中加入0.02~2%的碳而成為碳鋼，當年開車在新竹新埔鄉間時腦中閃出合金新配方概念，不久後造出硬度超過不銹鋼且可耐攝氏一千度而不軟化的新合金，但當時「高熵合金」概念尚未得到世人認可，「還有學術界前好意輩提醒我走偏了路」。

葉均蔚與團隊在2004年發表5篇「高熵合金」之後，帶動學術界研究風潮，從2013年起「高熵合金」的論文篇數大幅成長，至2015年底已經超過1千篇，其中清大就佔了至少120篇，目前全球至少300個研究單位投入「高熵合金」研究，包括美國數個國家級實驗室、軍方實驗室、著名大學及大型產業等。

葉均蔚表示，目前清大團隊及國內數家知名廠商進行高熵合金的合作應用，並與本材料科學研究院合作引擎葉片耐高溫噴塗，今年還將與德國知名團隊合作高熵超合金。他說，有人在研究過程中會放棄，他則是相信自己高熵合金的研究，且能堅持下去。（許敏溶／台北報導）

電動車馬達用高導熱材料 工研院與日商東特聯手開發

〔記者洪友芳／新竹報導〕台日攜手合作再添一椿！工研院今天與全球第二大漆包線塗料生產廠商日本東特塗料株式會社，簽訂電動車馬達散熱關鍵材料合作備忘錄，雙方展開跨國高導熱絕緣樹脂技術合作，將開發電動車馬達用高階的高導熱樹脂及高導熱漆包線絕緣塗料配方。
工研院今天在日本與全球第二大絕緣塗料商—東特公司簽約合作，開發電動車馬達用高導熱材料，將可提昇電動車馬達效率，右為工研院材化所所長彭裕民，左為東特塗料池田聰社長。（工研院提供）
工研院今天在日本與全球第二大絕緣塗料商—東特公司簽約合作，開發電動車馬達用高導熱材料，將可提昇電動車馬達效率，右為工研院材化所所長彭裕民，左為東特塗料池田聰社長。（工研院提供）
工研院材化所所長彭裕民表示，工研院長期與日本有技術開發的密切合作關係，例如與三井化學合作電池高安全鋰電池STOBA技術、與小森機械（KOMORI）開發One step量產型卷對卷金屬網格技術、與菊池製造所及早稻田大學合作高敏銳觸覺感知穿戴式輔具等技術。
彭裕民表示，此次工研院與東特塗料公司合作，看重東特擁有全球第二大知名漆包線塗料技術公司的可靠生產技術，且在絕緣材料標準制定擁有能力及影響力，從電動車馬達最關鍵的絕緣材料著手，從上位關鍵材料到生產製造整合，將能發揮強加強的綜效，提升附加價值，協助產業建立自主材料供應鏈，帶領台灣產業進入高階國際市場。
工研院指出，隨著電動車快速發展，馬達進入高電流及高電壓使用，馬達內的材料耐熱及絕緣性也面臨新挑戰。傳統均以醯胺醯亞胺樹脂（amide-imide resin, AI resin）材料添加粉體，提高馬達材料導熱性。
工研院開發的「高導熱AI絕緣樹脂」不需添加粉體，具有極佳導熱效果，為目前一般AI材料導熱係數的2倍，結合東特塗料的「高導熱漆包線絕緣塗料配方」技術，將開發成電動車馬達用的高導熱漆包線與高散熱模組封裝材料，可為電動車馬達提供良好散熱效果，大幅提昇馬達效率，讓電動車更節能，未來更將組成研發生產聯盟，協助材料技術在地國際化，創造雙方技術產業高值化效益。

變形記憶聚合物材料，能舉千倍重物

能在特定溫度恢復原形的記憶合金，目前已經有許多應用，從航太工業到女性內衣的記憶合金鋼圈，甚至可能用來發電，不過不只有金屬合金才能有記憶形狀的特殊能力，聚合物也可以，美國羅徹斯特大學研究團隊推出記憶聚合物材料，平時像橡皮一樣可以隨意拉長變形，但只要一接觸到體溫，就能恢復為原來的形狀，而過程中還能舉起千倍於本身重量的重物。




羅徹斯特大學化工系教授米區‧安撒曼滕（Mitch Anthamatten）親自示範這項材料的特性，隨手將一小片長條形記憶聚合物輕輕一拉，就拉長成一條長線，但放回手掌心以體溫加熱，才剛被拉長的材料又縮回原本一小片長條形，就跟記憶合金的效果一樣，不過能回復原形只是研究團隊想賦予這個新材料的功能之一，另一個功能，是希望材料還能儲存變形時所受的力量，在恢復原形時施展出來，這種特性在記憶合金稱之為超彈性。



（Source：YouTube）

結合兩種功能設計，這種記憶聚合物材料能在恢復原形時舉起千倍重物，一條鞋帶大小的記憶聚合物，就能舉起一罐汽水。這樣的超能力，可望開啟許多特殊應用，譬如應用在服飾上，其記憶功能可打造出一穿上就自動合身的衣物，其超彈性功能則可能創造特殊的衣服造型，或是打造為護具等，當然，內衣廠商一定很願意用來打造記憶胸罩；在醫學用途上，可能可以打造一接觸到體溫就自動拉緊的縫線，以及一放進體內就會自動膨脹的擴張器，更可能用來打造特殊的人工皮膚等。

在研究團隊設想的服裝與醫療應用以外也有許多可能的用途，譬如可能打造不管躺到哪都會自動合乎身體形狀的床，或是用來當地毯，一旦有人闖入，在底下加熱，就會把歹徒困住。無論如何，由於記憶聚合物的柔軟特質，應用可望比記憶合金更廣泛，能滿足許多人的奇想，但到底何時才能量產上市，就得看研究團隊的努力了。

尖端材料科技協會 開拓複材新商機

飛機、汽車、船艦、風機、筆電、機器人等結構件正在加速複材化，此新興應用皆為台灣複材界新商機和新市場所在，必須積極投入開發，中華民國尖端材料科技協會將積極開發、推廣，攜手複材公會共同投入推動傳統複材產業之轉型進而開拓新商機。

尖端材料科技協會（SAMPE Taiwan Chapter）的願景是針對新的材料創新和新的製程解決方案扮演關鍵性角色。核心價值是「傳授知識、創造和創新、專業和技能、絕對的誠信」，提供交流平台，匯集許多專業人士提升產業的材料和製程科技能力，促進產業和社會之發展和進步。

今年第10屆理事長王鴻圖表示，協會的經營是場馬拉松比賽，他承接上一棒，會更認真盡責地跑完這一程，再把棒子安穩地交給下一棒。因此，協會行之有年且成效斐然的會務將繼續推動。

並且協會將加強會務方向和重點工作以對應大環境的新動態：邀請年輕的專業人士參與理事會，建構組織的全方位人才庫，同時繼續運作專門委員會，分工合作執行會務。加強協會和國內外相關團體和廠商的交流互訪，拓展合作機會。

特別是，規畫積極組團參訪國際複材展、航空展、汽車展、橡塑膠展等，開發新商機；飛機、汽車、船艦、風機、筆電、機器人等的結構件正在加速複材化，這些新興應用都是台灣複材界的新商機和新市場，必須積極投入開發，推動傳統複材產業轉型。

這2年協會與SPE／國際塑膠工程師學會以及逢甲大學碳纖維產業研究中心等合辦多場的暑期複材培訓班，主題涵蓋：連續纖維補強複合材料發展趨勢、飛機複材零件隨爐試片製造實作、CAE分析及複合材料發展趨勢、FRP真空灌注理論分析及實作、複合材料纏繞技術等，並且安排複合材料工廠參訪。

今年已研擬年中論壇及10月碳谷論壇之議程，未來協會也會持續開辦複材人才培訓班，並按照學員的程度開設基礎班和進階班或高階班，有系統地培育複材專業人才，提供優質的人力資源給產業界，同時和同業、異業的機構合辦產業論壇，探討新科技、新應用平台及新的市場動態。

中華民國尖端材料科技協會（SAMPE）總會近來推出新口號「From SAMPE good to SAMPE great」，彰顯出協會的願景和核心價值又提升到更高境界，理事長王鴻圖將帶領SAMPE台灣分會─尖端材料科技協會所有的伙伴共同邁向SAMPE的願景目標。

(工商時報)

汽車用織的 材料科學改變產品設計和製造

位於萊比錫、製作BMW電動車的工廠，聽不見機械敲擊鋼鐵的聲音，也見不到流瀑般的火星。在這裡，製造汽車反而與編織的關係比較大。
這些汽車的生命始於日本的人造纖維工廠，一開始是有點像釣魚線的塑膠，接著送到美國加工為碳纖維絲線，再到德國編織成薄片；薄片送至萊比鍚的工廠加工成形為車體零件，由機器人黏結在一起。
BMW是材料革命的先鋒，而這波革命的動力來源，正是人類愈來愈了解物質在最小尺度上的性質。約莫5年後，科學家就會完成所謂的「材料基因」資料庫，紀錄所有已知和預測混合物的性質；如此一來，研究者就不必完全靠試誤法尋找合適材料。
新科技除了帶來新材料之外，也會改善現有的材料，創造更強韌的鋼鐵，以及新一類的合金和半金屬半塑膠的混合材料；例如，空中巴士（Airbus）就擁有名為Scalmalloy的合金，有機會讓自家的客機更輕。
未來可能還會出現更大的突破，例如更棒的電池有機會讓電動車的行車距離翻倍，也可以用來儲存太陽和風力產生的電力，改變再生能源經濟。
這些新材料除了能帶來產品革命外，也可能會改變材料的製造方式。大量製造的空間總是存在，但一般來說，材料不同，製造的過程也不同。奇異（GE）建立了一系列工廠以製作專門材料，BMW的碳纖維亦有特有規格，由世界各地的合作夥伴負責生產。
部分新工廠或許不會設在遙遠的他鄉。空中巴士、波音、奇異等愈來愈多企業，已經在使用3D列印製作部分零件；Nike的Flyknit運動鞋以機器編織而成，讓Nike再也不必將縫製工作外包至海外。

許多人已經習慣性地認定，最重要的革新都是來自虛擬世界。Google、Facebook等矽谷招牌企業，業務都是建基於軟體、資料和新商業模式等無形事物之上。相對地，新材料領域則是結合了虛擬與現實。它也倚賴程式，因為研究者需要強大的電腦設計系統，才能建立材料模形、將它們應用至新設計之中。
不過，將虛擬想法轉為實實在在的事物，才是這個領域的最終目標。（黃維德編譯）
©The Economist Newspaper Limited 2015
經濟學人原文
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