奈米科技加持紙片比鋼鐵強500倍

2008/11/10

唐鴻／台北

因為IT元件還有電氣特性…等特殊需求，IT產業尋找的高強度材料，必須比一般同類材料具更嚴苛的耐候性，包括質量輕、高韌度與高強度/重量比(Stiffness /Strength-to -Weight Ratio)、抗疲勞性優越高、抵抗腐蝕性強、抑制振動與噪音佳、耐高溫性、絕緣性極佳、易模製…等。

由於前述需求相當複雜，過去多半以複合材料(Composite materials)滿足IT產業需求，不過複合材料也有先天缺點，例如，複合材料易因為製程而變形或殘留應力，在反覆考驗強度運作中，更可能因為基材與加強材特性不同，產生介面連結性的破壞，破壞整體材質強度。

尋求新材料的努力，卻在科學家探索恆星如何生成碳此種元素時，無意間發現由60個碳原子生成的球狀物：Buckminsterfullerene，後來被命名為巴克球(buckyball)，後續的科學研究出呈奈米碳管狀的巴克球，後來發現將能將奈米碳管利用懸浮液聚合，再利用極細的篩網過濾，如同紙的製作方式，形成巴克紙(buckypaper)這種新材料。

開發巴克紙必須克服不少困難，如原本奈米碳管排列並不會固定朝同方向，而散亂排列會降低強度，但利用強力電磁場加工後，多數奈米碳管將排列一致，也讓巴克紙強度提升。此外，奈米碳管光滑度太高，不易進行黏合…等加工，因此，還必須在巴克紙上製作一些特定缺陷，方便進行工業化的加工作業。

經過加工後的巴克紙強度驚人，相同重量的體積只有鋼的10%，但是經複合化加工，材料強度可達鋼的500倍，這是因為每個奈米碳管的表面積相當大而濃縮在一起，實際上若將1公克的巴克紙全部攤開，表面積可覆蓋4,700平方公尺，相當於2/3個足球場。而且巴克紙對於IT科技來說，導電性能與銅、矽相等，又能像銅一樣迅速散熱。

巴克紙可應用範圍很廣，以IT產業來說，可用於製作平面顯示器的大規模電場發射器、超高效散熱片的熱傳導器，及燃料電池或電容器電極…等。目前研究方向是更進一步降低成本，期望巴克紙可商業化大量生產。