近數十年來科技快速發展，人們對於各項電子類產品要求也隨之增加，其中穿戴式裝置為未來科技發展重點之一。在過去，多為硬式的穿戴式裝置，由於其造成使用者諸多不便，因此可撓式材料為目前穿戴式裝置的發展方向。本研究結合了金屬及其合金與布料像是尼龍6,6、聚醯亞胺以及絲綢，來賦予材料功能性。無電鍍被認為是非常具有潛力的技術，其可將金屬材料沉積在布料上。
無電鍍
無電鍍(Electroless Plating)又稱為化學鍍或自催化鍍，此原理是利用還原劑來提供電子，使電解液中的金屬離子接受電子並被還原到基板上。無電鍍技術不受限於被鍍物之性質與形狀，可在相對低溫(30~80˚C)下進行反應，以及適當的析出速率、低廉的成本等，因此無電鍍被視為極具潛力之金屬化技術。典型無電鍍技術可分為三個步驟（圖一）。本研究將以無電鍍技術沉積金屬在非導電高分子基材上，此外，以通入超臨界二氧化碳(Supercritical Carbon Dioxide; sc-CO2)於無電鍍系統中，來提升傳統無電鍍性質。
超臨界二氧化碳
在傳統催化步驟中，多利用酸性敏化劑與活化劑，因此被鍍基材易遭受破壞，若以有機金屬錯合物(Organometallic Complex)配合超臨界二氧化碳之催化技術，則可除去具腐蝕性之溶液的使用。因此，催化後的基板仍保有其原結構不受破壞。而常見的有機金屬錯合物為粉末狀之乙醯丙酮-金屬(M(acac)2)或乙酸-金屬(M(OAc)2)等，這些錯合物因為非極性化合物，能夠與超臨界二氧化碳相溶，並被嵌入同為非極性或弱極性的基材中。本文將以Pd(acac)2與Pt(acac)2為催化劑，配合超臨界二氧化碳，取代傳統催化步驟。此外，藉由超臨界二氧化碳，可減少對環境有害的溶液之使用，使其成為對環境友善的技術。
2. 超臨界二氧化碳輔助無電鍍鎳於大尺寸聚醯亞胺(Polyimide)
由於超臨界二氧化碳擁有高自擴散性與低黏度等特性，其在反應槽中對基材有高通透性，因此可將大尺寸可撓式基板(14 cm × 4.5 cm)摺疊後進行催化（圖八）。圖九分別表示經由Pd(acac)2觸媒超臨界二氧化碳催化一小時後，再以傳統鎳(Ni)鍍液進行3分鐘、5分鐘、6分鐘與8分鐘金屬化之試片，隨著沉積時間增加，基板表面的鎳金屬包覆率也隨之增長。
圖八、以超臨界二氧化碳輔助Pd(acac)2催化大尺寸聚醯亞胺之流程圖
穿戴式裝置於生物相容性之議題
上述兩章節皆由鎳來完成不導電高分子基材之金屬化，然而隨著對於裝置機能需求的增加，穿戴式裝置更貼近人體，亦或植入人體。鎳金屬因擁有上述等優點，而被廣泛運用在穿戴式裝置的金屬化，然而鎳金屬對於人體會引起過敏反應，此為鎳金屬應用成為穿戴式裝置所需克服之議題。白金(Pt)為對人體相容性極高之金屬，除此之外，白金亦含有高導電性與高耐蝕性，因此白金被認為是應用於穿戴式裝置中非常具有潛力之金屬，以下將探討在不同可撓式非導電高分子上之白金金屬化。
1. 超臨界二氧化碳輔助無電鍍白金於尼龍6,6纖維
圖十三(a, b)為未經處理的尼龍6,6纖維，以及經由10秒鐘傳統催化，並浸置於傳統白金鍍液4小時後的光學顯微鏡(OM)圖。圖十三(b)中不平整部分以及顆粒為經由傳統催化後所造成的缺陷，且基材無呈現明顯的金屬色。因此，以超臨界二氧化碳輔助之催化過程，幫助基材保留其原結構，成為無電鍍白金重要的一環。圖十四為經由超臨界二氧化碳伴隨Pt(acac)2催化2小時，浸置於傳統白金鍍液4小時後之OM圖。經超臨界二氧化碳催化後的基板仍保有其完整結構，其有助於白金成功平滑地析出於纖維基材上....…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖十三、(a)未經處理的尼龍6,6纖維；(b)經由10秒鐘傳統催化後，並浸置於傳統白金鍍液4小時後
作者：邱琬婷、佐野光雄、張坐福、陳君怡、曽根正人／東京工業大學；王正全／工研院材化所；黒子弘道／奈良女子大學
★本文節錄自「工業材料雜誌」370期，更多資料請見下方附檔。