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工業材料 [第357期]:綠色環保材料 積層製造材料與應用

  • 點閱:187
  • 作者:
  • 出版年:2016.09
  • 出版社: 工業技術研究院工業材料研究所
  • ISSN:1022-9787
  •          

  • 原紙本書價:350 元
  • 電子書價:245 元 (點)

  • 租書價:15點
  • 租期7天,今日租書可閱讀至2017-09-29
雜誌訂閱

本期內容簡介

工業材料雜誌9月號推出「綠色環保材料」及「積層製造材料與應用」技術專題

綠色環保材料

由於天候異常與環境劇變,人們開始省思過去種種忽略環境之行為對地球所造成的影響,因此,代表覺醒的「綠色」一詞乃成為顯學,如綠色電子、綠色能源、綠色材料、綠色採購等均是現今當紅的概念。科技的發展無非以創造人類更舒適便利的生活為目標,在發展的過程中,由於各種複雜的因素,往往會導致影響自然環境的副作用產生,而這一股副作用又觸發環境保護意識的抬頭與行動發生,這兩股力量互相牽制朝向平衡。工業材料雜誌9月號推出「綠色環保材料」技術專題,內容包括「印刷式熱電材料製程技術」、「LED可撓照明及軟性封裝發展現況」、「LED照明用關鍵零組件—耐電壓型積層陶瓷電容器」等,主要以工研院材化所創新的功能性材料與基板一體化技術為內涵,透過衍生的應用案例,闡釋此項對環境友善的材料與製程技術,提供具有高導電性、高撓曲性、高附著性的電路基板。可應用在軟性熱電、柔性LED照明藝術燈、觸控金屬網格等領域,同時也針對LED照明產品的不良率關鍵元件電容器所需之耐電壓、耐熱的陶瓷材料特性等進行討論。邁向綠色環保製程,本技術專題提供了幾個工研院材化所努力的方向與成果,希望對業界有所助益。

19世紀後工業發展快速,累積大量的碳排放量造成全球溫室效應問題日益嚴重。近年來,減碳議題衍生之綠色能源變成全球重要的議題之一。熱電材料具有將工業生產之廢熱轉換成電能的優勢,且逐漸受到重視。若能有效開發印刷式熱電製程技術,將可創造低成本、大面積多元形狀應用且客製化之模組。此外,印刷熱電材料因其高可撓、好操作之特性,能使熱電元件直接接觸熱源,很適合作為低溫差之能源擷取的熱電發電器。「印刷式熱電材料製程技術」一文主要針對印刷熱電材料製程技術作介紹。

近幾年來,發光二極體(LED)照明市場規模逐步提升。然而,傳統LED光源產品價格卻大幅下跌,獲利不佳,因此整體LED照明市場逐漸轉往專業照明領域發展,聚焦在智慧控制與創新應用,預計成為下一階段LED光源技術發展的重要方向。針對未來創新應用的照明情境需求,LED軟性封裝光源預期會成為未來發展之重要方向,「LED可撓照明及軟性封裝發展現況」一文將介紹LED軟性照明技術發展的現況與趨勢,並介紹工研院材化所目前開發之軟性基板整合LED光源應用產品案例,提供給未來擬發展LED軟性照明的業者不同的應用方向。

依據Digitimes Research的分析指出,2016年全球LED照明市場可達346.4億美元。其中,東南亞地區皆屬高電價區域,促使相關LED照明需求日漸成長。根據LEDinside統計,2015年東南亞地區LED照明市場約達15億美元,預計2016年可成長至19億美元。然而,LED照明面臨幾個缺點:①高光度下效率較低;②溫度會影響整體LED發光效率;③LED之演色性較差;④繼電器所造成之閃頻、壽命或能源損耗等,尚需技術發展克服。當中,在LED燈具高可靠度與去除訊號雜訊閃頻問題上之解決,使得積層陶瓷電容器(MLCC)在整體LED照明上扮演相當重要之關鍵零組件角色。「LED照明用關鍵零組件—耐電壓型積層陶瓷電容器」一文主要介紹作為LED照明整體驅動上關鍵零組件之積層陶瓷電容器的應用及其演進。

積層製造材料與應用

積層製造(AM)或3D列印,近幾年來在全球掀起一波產業革命的熱潮。積層製造能在短時間內製造具複雜特殊結構與客製化之工件,具有結構輕量化與多重特殊功能之優點。其特性符合未來少量多樣化的製造模式,所帶來之工業技術革新,更被譽為第三次工業革命,將使傳統製造蛻變成為智慧製造。美國2014年在先進製造夥伴AMP計畫中設立國家積層製造創新研究院,結合學術能量發展次世代積層技術。德國在高科技戰略計畫中推展H2020跨國大型計畫,主導航太高值應用加值,發展雷射積層製造技術。日本催生新一代工業技術政策方向,啟動「3D列印製造革命計畫」,推動工業用3D列印設備開發。中國在十三五科技發展中規劃3D列印技術列入戰略性新興產業,投資超過十億人民幣,重點支持建立“國家再製造產業示範基地”,發展激光熔覆再製造技術。目前我國政府致力於推動五大創新研發計畫,國防、航太與積層製造列為發展重點項目,其中,航太零組件從快速原型開發到多樣少量高複雜度零件製造,各方面都有顯著的製造流程與設計概念革新。工業材料雜誌9月號推出「積層製造材料與應用」技術專題,內容包括「積層製造產業之發展現況分析」、「金屬粉末積層製造技術在航太領域之發展與機會」、「拓樸最佳化在積層製造的應用」、「積層製造成形技術與應用」等,期望讓國內業者對金屬積層製造之未來展望及技術之整合架構有所了解及助益。

積層製造產業在2015年發生了巨大的變化,產業雙雄3D Systems與Stratasys業績平平,不再有高幅度的成長,在獲利方面也大不如前,甚至出現虧損紅字,公司股價也從2013年年底的高點跌回2011年以前的起漲點。但是,在此同時有幾家3D列印公司,如EOS、Arcam等,不但業績沒有受影響反而大幅成長,分析其產品結構可以發現,這些公司是專注在高階的產品,營收雖然不高,但持續成長獲利也一樣亮眼。「積層製造產業之發展現況分析」一文介紹積層製造產業的發展現況及金屬3D列印的未來展望。

金屬粉末積層製造或3D列印是近幾年來掀起新一波產業革命熱潮的領域。積層製造的優勢在於擁有短時間內,製造任意複雜零件之能力及結構輕量化之性質,此技術可以製作出傳統製造技術無法製作的高複雜度工件,特別是在航太、汽機車及生醫領域深具潛在應用商機。目前政府致力於推動國內航太產業發展,成立航空工業發展推動小組,協助整合國內上、下游供應鏈,藉此推動航空產業服務化,以提升台灣航太產業附加價值,擴大市場效益。「金屬粉末積層製造技術在航太領域之發展與機會」一文主要介紹金屬粉末積層製造技術近幾年在航太領域的發展與應用趨勢。

拓樸最佳化是一種材料分配的概念設計,廣泛應用在航太、生醫、汽車等領域。由於積層製造技術的發展,加工條件不再受限於以往的加工限制,拓樸最佳化更能發揮其材料、結構的設計能力,達到輕量化、高剛性與客製化生產的目的。「拓樸最佳化在積層製造的應用」一文介紹由拓樸最佳化理論,到拓樸應用實例,說明拓樸在工業的應用,讓大家了解拓樸最佳化研究的內容。

近年來,由於積層製造技術的發展與雷射的精進,使金屬成品已接近甚至超越一般塊材之機械性質,突破過去僅原型展示之用途。然而,一般業者多無相關設計與製造經驗,更不用說成為其產品設計時之加工工具,「積層製造成形技術與應用」一文主要介紹其製作原理及特色,希望藉實際應用案例協助讀者加強相關經驗,並對其有更深一層認識。

特別報導—太陽光電技術

新政府上任後,綠能科技成為五大重點產業之一,太陽光電是其中相當關鍵的一環。對內而言,政府規劃能源藍圖以達到非核家園,未來將以綠色能源方案逐步取代約400多億度之核能電力供給,而太陽光電也將成為發電與創能產業發展的重點之一,讓產業發展高效率、高品質的太陽光電技術,進一步提高國際競爭力。至於市場面,目前全球市場的主流技術仍以矽晶太陽電池為主,約占九成。我國2015年太陽光電產值約2,005億元,矽晶太陽電池仍是我國產業鏈產值的主要貢獻者,約占總產值的50%,產量約9.46 GW,約占全球總量的16.7%,持續位居全球第二大矽晶太陽電池供應國,未來內需逐步擴大後,系統在產值的貢獻度也將逐步提升。工業材料雜誌9月號推出「太陽光電技術」特別報導,「P型雙面鈍化射極與背面電池介紹」一文介紹P型雙面鈍化射極與背面電池技術,並概述包括工研院在內的國際幾個主要開發P型PERC雙面發電電池的研究單位與公司之技術現況;「多晶矽製絨技術的介紹」一文主要介紹目前多晶矽製程常用的酸蝕刻技術以及新開發的金屬輔助蝕刻與乾蝕刻的技術原理與發展進度,並且分析各技術目前的優缺點及對產業的影響;「太陽能系統的戶外非破壞性檢測技術」一文則介紹太陽光電系統的戶外非破壞性檢測技術。本文概述目前得以運用的工具及整個系統各環節現有的標準,供大家參考。

鈍化射極與背面電池已被證實是一種可有效提高電池效率的技術,從2014年導入量產至今,其在以矽基為主的太陽電池市場占有率已經達到了15%,且預估到2026年更可以達到驚人的45%。受益於此技術的日益成熟,以其P型矽晶製程為基準,將電池背面原本網印整面電極改成指尖狀圖案的設計,被稱為P型雙面鈍化射極與背面太陽電池。從2014年至今,包含SolarWorld、ISFH、天合光能與工研院等單位對其進行技術研發,至今已被SolarWorld驗證其雙面玻璃模組,在戶外的發電功率比一般單面玻璃模組多5~25%,說明了P型雙面鈍化射極與背面電池確實是高效率矽晶太陽電池趨勢的大未來。「P型雙面鈍化射極與背面電池介紹」一文主要介紹P型雙面鈍化射極與背面太陽電池的結構優勢與技術發展。

在太陽能市場中,矽晶太陽電池擁有超過九成的市占率,其中又有將近64%為多晶矽太陽電池。因此如何提升多晶矽太陽電池的效率並且降低成本,一直是廠商們努力的重點。隨著新型切割技術的開發,新的製絨製程也開始受到關注,「多晶矽製絨技術的介紹」闡述目前多晶矽製程常用的酸蝕刻技術,以及新開發的金屬輔助蝕刻與乾蝕刻的技術原理與發展進度,並且分析各技術目前的優缺點及對產業的影響。

太陽能系統檢測認證相關規範,在認知上為符合要求的最低限度,並非全然當作是安全無虞,仍需要配合戶外非破壞性的串列模組檢測方法,檢測依序為熱影像儀、模組串列IV、模組串列EL、單片模組IV。戶外電致發光檢測技術發展對系統品質提升,影響範圍可擴展至模組出廠、工地運送、安裝施工、竣工驗收、維護營運、天災鑑定等,可做為太陽光電系統的品質監控方法。隨著國內太陽能系統的大量設置,「太陽能系統的戶外非破壞性檢測技術」一文針對太陽能系統的模組與組件建立之可靠度安全檢測機制作一簡單介紹。

主題專欄

水資源議題逐漸為全球各國所重視,亞洲水處理市場已是全球最大的市場,越南則為當中成長最快的國家之一,如何掌握此新興商機是台灣廠商最重要的課題。「越南水處理市場產業與行銷策略分析」一文將簡介亞洲水處理市場的概況與越南水處理市場面臨之問題。

隨著OLED科技的快速發展,可撓曲、可折疊與可拉伸OLED顯示器原型逐漸走出想像,甚至可能在未來幾年走向產品商業化。與傳統平面OLED顯示器不同,可撓曲裝置的設計必須具備抗彎曲及抗拉伸等能力,因此材料設計至為重要。「高穿透微結構材料於OLED顯示器之應用」一文將針對微結構材料在未來可撓曲OLED顯示器扮演何種角色進行介紹,涵蓋的主題包括微結構抗環境光、高耐熱平坦層、高耐熱擋牆與OLED缺陷修補材料等等。除介紹常用之微結構材料的種類之外,並進一步介紹微結構技術於OLED顯示之相關應用。

環境中常見的有機揮發物(Volatile Organic Compounds; VOCs)會干擾生物健康,同樣地,材料中的VOCs不但對自身材料的安定性造成影響,對製程應用可靠性威脅也不在話下。近來,軟性電子材料受到重視,特別是具多功能整合性材料,低不純物檢出的高規格材料特性要求成了新戰場。「氣相質譜儀於軟性材料之低釋氣檢出技術」一文針對軟性電子材料中1 ppm以下有機揮發物釋氣物(Outgassing)檢出作介紹,內容為高感度氣相質譜儀串連熱脫附與熱裂解之TD-GC/MS以及Py-GC/MS技術分享。

隨著奈米科技的發展,奈米纖維已能應用放電紡絲技術方便地生產。這種纖維是一種由100~1,000 nm範圍直徑的纖維所組成,具有高比表面積,其所製成之過濾材,具有高孔隙度及特小且均勻之孔洞。奈米纖維與現有不織布濾材技術結合,除了可提升濾材的過濾性能,更具備降低能源消耗、增加使用壽命及易於保養等優點。「奈米纖維在空氣過濾材的應用」主要介紹利用奈米纖維所製成的奈米纖維過濾材及其在氣溶膠過濾材、高效率空氣過濾材的應用。

凡對以上內容有興趣的讀者,歡迎參閱 2016年9月號『工業材料雜誌』或參見材料世界網,並歡迎長期訂閱或加入材料世界網會員,以獲得最快、最及時的資訊!

  • 廠商動態 Product Update 全台第一座再生能源儲能微電網社區正式啟用(第132頁)

雜誌簡介

工業材料雜誌係由財團法人工業技術研究院材料與化工研究所所發行,創刊於1987年,暢銷海內外的工業材料雜誌稱得上是國內最具權威的材料專業雜誌,以前瞻性產業之研究、發展、應用為報導主題,其內容包含各大領域,如光電顯示/無線通訊/能源儲能/智慧感測/綠色環保/電磁/輕金屬/複合材料/有機高分子/陶瓷薄膜/奈米微細技術/構裝散熱/材料設計檢測/市場瞭望/聚焦兩岸….等等。資訊新穎、市場動態掌握即時,是關心材料發展、材料應用、產業走向人士最佳的參考資料。每月一冊,受用無窮,廣泛且詳實的內容,成為產業界不可或缺的資訊來源。工業材料雜誌作者陣容堅強,除了有工研院內的數百位專家為強力後盾之外,舉凡產業界的技術先進、各大專院校的知名學者、海外學人、專家均在作者之列。自創刊以來,普受各界好評,同時,為數所大專院校推薦為選讀好書。

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