稀有暨貴重金屬回收及純化技術
稀有暨貴重金屬簡稱為稀貴金屬，通常泛指在地殼環境中，含量稀少、分布零散、或極富流通保值的金屬元素。其因具備特殊物性、化性與電子結構，已泛用於電子、光電、半導體、國防航太、能源、化工、高強度結構等傳產與先端產業領域。近年來，由於使用稀貴金屬強化特性之各式高階功能性與結構材料暨元件需求持續提高，而國際新礦源開闢受限、老礦區耗竭縮產、環保廢排及衝突礦產疑慮礦區產出限制增加，使得國際稀貴金屬行情升溫，經濟開發大國甚至將許多稀貴金屬納入國家戰略發展與戰備儲存之重要標的。台灣沒有具開發經濟價值之稀貴金屬礦產資源，但在廢棄資源回收體系上，已算是世界級模範生，特別是電路板、電腦、電子用品、照明暨汽機車等相關產業及終端廢棄資源處理，若可再強化廢棄元件稀貴金屬富集與進階提升純化技術，結合材料設計與配方技術，由廢棄物處理回收跨入資源循環原需求產業，對台灣整體競爭力將有莫大助益。本期「稀有暨貴重金屬回收及純化技術」專題，除工研院材化所長期深耕之相關技術外，另從環境資源面、法規趨勢面與互補技術面，邀請學研界專家進行分享。期能與國內相關產業領導者，共同持續強化特殊金屬精煉與設備國產化技術，在包括半導體廢棄靶材回收與精煉、貴金屬廢觸媒回收與純化、廢電池有價金屬回收與高值化等領域，共同合作研發、持續布局推動，一起為稀貴金屬技術產業化與國產化努力。
稀貴金屬是新能源、新材料等高科技發展不可或缺的資源。歐、美、日、韓、中各國對於稀貴金屬等關鍵材料非常重視，提出國家對於稀貴金屬資源確保的政策，主要為儲備、多元供應及研發創新等措施。「稀貴金屬資源確保與循環的政策趨勢」一文建議，我國是全球資通訊產品設計製造重鎮，因應國際綠色供應鏈的趨勢，宜將稀貴金屬的資源循環與材料應用進行整合規劃，透過城市礦山循環的低碳再生原料，製造出不使用開採地球資源的低碳足跡材料，以創新發展成為綠色原材料的供應基地。
稀貴資源有「工業維生素」之美譽，如鉑金屬常應用於汽車中的尾氣觸媒轉化器，能減少汽車之廢氣排放濃度；釹金屬常應用於永久磁鐵上，是目前綠色能源產業風力發電的馬達製作中重要添加物；鈰金屬常應用於玻璃添加劑，能吸收紫外線與紅外線，現今大量應用於汽車玻璃；銦金屬常應用於液晶顯示玻璃、半導體、太陽能電池及綠色產品上；鉭金屬因為具有高度隔熱性質，是生產電容器的關鍵材料。「物質流佈分析技術與稀貴資源管理」一文應用物質流分析方法，同時藉由文獻蒐集、專家判斷、實地訪視及最適評估，針對銦、釹、鉭、鎢、鈷、鉑分別進行物質流佈分析。建議我國宜速建置稀貴資源循環技術與稀貴資源戰略儲備及管理並加以研析，以提升我國資源循環業者輕稀土之循環技術，加速我國稀貴資源戰略及管理制度政策的建立，以穩定我國稀貴資源供需狀況。
將國外低純原料或國內回收廢料藉由高純度提煉製程技術，取得高純度之高階材料，除了可降低對國外原料進口之依賴，並可提升回收技術製程產品之附加價值，開創新的產業應用機會。為了確保稀貴金屬料源的長期穩定供給並進一步拓展稀貴金屬高階應用材料，以物理火法冶金為基礎之精煉純化技術在產業鏈中成為不可或缺之關鍵技術。高能效電氣精煉技術（電子束暨電漿精煉技術）與研發載具（稀貴金屬材料系統）皆為國內長期欠缺之基礎設備與關鍵原物料產業，相關業者有強烈期待，「稀貴金屬火法純化暨資源化技術」一文介紹工研院材化所長期特殊合金與高純活性金屬精煉純化研究實務，配合國內具一定基礎之設備業者，開發精煉純化技術及熱力純化設備，並將延伸至各式高階金屬材料精煉純化材料領域，相信是國內有志廠家排除技術障礙之最重要伙伴。
「稀貴金屬溼法冶金資源化技術」深入介紹溼法冶金技術，其主要係利用液態浸漬溶劑將稀貴金屬予以浸漬溶解成離子態，再藉由後續之分離純化方法，包括pH調整法、置換法、沉澱法、晶析法、離子交換法、溶媒萃取法、電解法等，來分離純化浸漬液中之稀貴金屬，以獲得可銷售之稀貴金屬產品。由於溼法冶金技術設廠規模較具彈性，初設成本較低，而台灣稀貴金屬廢棄物產量有限，經濟規模不足，因此溼法冶金資源化技術十分適合用於台灣本土生產稀貴金屬廢棄物之資源回收。文中另亦介紹已研發成功，適合用於回收砷化鎵廢棄物（含「鎵」稀貴金屬）與廢脫硝觸媒（含「釩、鎢」稀貴金屬）之溼法冶金資源化技術。
綠能與儲能是本世紀最熱門的話題。太陽光電模組可以透過日照來產生電力，是綠色能源中最被看重的技術；鋰離子電池則是近年來發展快速，在生活中隨處可見應用廣泛的儲能產品。隨著全世界不斷製造太陽光電模組與鋰離子電池，未來將會產生大量的光電廢棄物，如何以資源化技術，妥善處理這些光電廢棄物中的有毒物質，並將有價值及稀有的材料分離回收，提純後再次投回產品生產使用，或另作高值化應用，是近年來資源化技術的一大挑戰。「太陽光電暨電池模組資源化技術」針對太陽光電模組中的主要產品（矽晶型太陽光電模組）以及鋰離子電池的市場趨勢探討分析，並針對這兩種產品的資源化技術做介紹。
膜材回收應用
2016年全球智慧型手機出貨量約有15億支，而32吋以上的液晶電視則有2億台的出貨量。當這些消費產品達到使用年限或換機潮來臨時，可預見將有數以萬計的廢棄物必須被處理解決或回收再利用。台灣生產製造面板所需的重要零組件如偏光板、ITO導電膜及背光模組用光學膜材等，仍為全球大宗基地。在產量與需求增加下，相對也造成許多製程不良品與廢棄物產生而需處理。國內目前處理廢液晶顯示器的方式，主要是依據環保署於2007年公告的「廢電子電器暨廢資訊物品回收貯存清除處理方法及設施標準」執行，不過卻未包含製造生產過程中的零組件半成品等膜材與重要原物料的再生處理。本期「膜材回收應用」專題針對產業界面臨的問題提出解決方案，期望透過本專題膜材回收技術的相關探討與報導，能提供業者與讀者作為後端回收處理時的參考。
台灣在顯示器關鍵零組件產業每年約有千億元產值，偏光板為液晶顯示器重要元件之一。「偏光板膜材的回收與應用—PVA去碘再生與應用」探討因功能性必須添加碘來達到偏光功能的含碘聚乙烯醇薄膜(I2-PVA Film)的去碘化處理，可解決因焚燒可能導致有毒氣體的汙染與PVA應用評估。建議國內偏光板生產廠商針對生產過程中所產出的各式半成品、製程廢料與相關的偏光材料，進行有效的回收評估並建立回收流程與操作性方法，同時逐步回收各層材料與探索新的應用可行性，以期達到循環經濟與環保要求。透過材料的拆解與萃取配比，建立PVA廢料與偏光板廢料的去碘化流程，除了將重要原物料碘回收再利用，也將回收之PVA及混合塑料改質，以增加商品價值與應用多元性。
三醋酸纖維素(TAC)是由天然纖維素與醋酸酐反應製得的高分子，用於液晶顯示器的偏光板材料。台灣的液晶螢幕製造廠每年都產生大量的偏光板裁切廢料，這些廢料若回收再利用，將可減少製造過程中產生的浪費與環境汙染。根據全球LCD需求發展情況，預計至2018年，全球偏光板需求將達到5.16億平方米，市場規模接近120億美元，「偏光板TAC回收與應用技術」介紹三醋酸纖維素的製造方法、偏光板TAC的回收流程、及醋酸纖維素片基在紡織纖維、香菸濾嘴、塑料、膜材料的應用技術，L讓廢棄物變身新資源，發揮新價值。
「LCD背光模組光學膜之再生應用發展」從循環經濟3R原則(Reduce、Reuse、Recycle)，就背光模組材料的減量使用進行相關闡述，透過整合型光學膜開發、模組的輕薄化或光學機構設計的優化，減少膜材的使用量，是背光模組技術開發的趨勢。未來若能在光學膜產品製造上，導入有利於循環再利用的機制，例如功能塗層容易剝除、材料組成標示等設計，在PET或PC基材等熱塑性材料的回收處理上，將更容易分類純化，不但可以降低回收料的製造成本，同時亦能提升再製塑料的品質，將更有利於背光模組光學膜再生應用的推廣。
ITO為氧化銦與氧化錫的複合氧化物，泛用於各式顯示器與螢幕中的透明電極。其中，銦屬單價高昂且蘊藏量少的稀貴金屬，加上其礦產集中於少數國家，為光電與半導體產業的重要戰略物資之一。考量取得來源受限、單價偏高、以及廢棄物對於環境造成的衝擊等問題，銦的回收近年來一直是個重要議題，作為全球最大ITO靶材供應商的日本，更是大力投入相關技術開發，並已成功建立ITO回收再利用技術。如何以循環經濟的概念，有效的將銦回收，並且提升材料純度使其回到ITO的製造鏈中，為該材料永續發展的要素。「ITO導電膜貴金屬回收與應用」就目前銦的回收技術以及純化方法進行探討，並且比較現有ITO的競爭替代技術。
主題專欄
2016年全球OLED產業開始進入一個全新競爭的態勢，在中/小型領域，OLED技術在穿戴式裝置成功擴大滲透率，繼之而起的手機、車用、產業用面板，亦成為搶攻的另一灘頭堡。在大型面板領域，OLED TV由韓國業者率先發難，試圖在高階電視產品線提高消費者認知度，爾後則嘗試切入高階特殊用監視器產品，以及Public Display，足見OLED產品嘗試跨出消費性電子領域，朝向規格更為嚴苛的利基型產品線移動之趨勢。而OLED產品的逐步多樣化也讓更多廠商開始啟動更大規模的投資計畫，企圖在此波浪潮中搶得先機。市場瞭望專欄「2017年OLED面板技術趨勢與發展應用」從2016年OLED技術的產品線變化談起，詳述未來應用商品的發展，並探討產品線的移動如何改變廠商投資行為，以及對未來新製程所帶來的影響，闡述產品與技術的變動如何改變。
掌性於液晶材料中扮演一重要角色，添加掌性分子可使液晶混合物因自我組裝現象而生成螺旋紋路，並產生特殊之光電特性，故常被應用於不同的顯示器上。光電/顯示專欄「掌性化合物於液晶顯示器之應用」一文，介紹掌性材料於液晶顯示器之應用與發展現況，運用分子設計及QSPR模擬技術，能快速掌握掌性分子定量結構與性質關係，利用其特殊光電特性，可應用於不同之液晶顯示器。非對稱光可調控掌性分子所配製之膽固醇液晶，在經過照射UV光後可變化出不同顏色，並涵蓋整個可見光區域，同時顯示出高色域和高穩定性，非常適合應用於單層全彩膽固醇液晶顯示器。另外，軟性和曲面顯示器、快速應答藍相液晶顯示器和膽固醇液晶型增亮膜亦可透過獨特之掌性分子設計而達成。
隨著IoT應用成長、半導體技術進步，低功耗控制晶片與感測模組在技術上也不斷精進，透過能源採集技術趨動感測節點之應用亦隨之普及。當感測模組功耗需求降低而能源採集效率持續提高時，能源採集將有機會大範圍應用，同時克服現有應用情境之電源取得不易或電池更換等問題。能源採集感測應用開發與環境有相當大的關聯性，「自主電源振動感測模組技術」研究分析馬達結構與運作，發掘穩定之電源輸出，透過熱電採集技術擷取馬達運轉廢熱，同時瞭解熱電模組於馬達運轉廢熱擷取之輸出功率與時間曲線，進而驅動無線振動感測模組傳輸馬達振動資訊，完成自主電源馬達振動監測應用之開發與驗證。
在現今世界各國不斷提倡綠能產業的促使下，傳統的家用電器也因應著此一趨勢，標榜節能省電。一般常見的家用電器，舉凡冷氣、冰箱、洗衣機等，其內部最核心的結構「馬達」為最主要之耗電元凶。而智慧型功率模組就是用於馬達的驅動上，透過改變頻率來控制其輸出功率，便能有效地控制馬達的轉速，實現高效率、低噪音之運轉效果。所謂智慧型功率模組(IPM)是將功率晶片、驅動電路及保護電路整合至一體之封裝架構。在高頻、高電流的工作環境下，模組散熱功能為評估功率模組好壞的重要指標。由於目前智慧型功率模組常用之覆銅基板(DBC)成本較高，構裝/散熱專欄「高散熱之智慧型功率模組封裝技術」介紹工研院開發的功率模組，導入高導熱絕緣材料(TIM)來取代DBC架構，使模組成本降低並提升散熱效能。
纖維複合材料結合纖維補強材與多樣化的樹脂系統，具備優異的材料特性，如高強度、高勁度、輕量化與耐腐蝕，加上疊層結構設計，讓複材製品具有高設計自由度的優點，普及於如航太、汽車以及船舶等各產業領域，拓展應用於各類結構件之中，逐步朝向高附加價值的產品發展。複合材料專欄「高值纖維複合材料技術」一文指出，主導複材特性表現的核心要素為樹脂，其扮演重要的連結角色，輔助結構外型與傳遞外力、保護內部纖維屏蔽外來侵蝕，面對嚴苛的使用環境如耐候性、材料疲勞極限等，發展高值化的纖維複材，預浸料樹脂開發將持續受到重視。為了提升國內複材產業的競爭力，工研院材化所開發一高耐熱的酚醛樹脂系統，其具有耐候性佳、儲放期限長、反應熱小等優點；同時也設計新型不飽和樹脂系統，可降低揮發性物質(VOCs)與強化耐鹽蝕性，在提高性能之餘並能改善成本結構，將有利推廣於各產業領域之中，增進產業價值鏈。
纖維紡織專欄「涼感服飾用織物」介紹接觸涼感、木醣醇加工涼感、改變織法涼感、抗紫外線涼感及近紅外線反射涼感等服飾用織物，藉由收集21款市售涼感樣衣，並探討布重差異、組織差異對於瞬間涼感及燈箱照光溫度等物性所造成的影響，再進一步探討織物顏色差異、深淺色差異及材質種類差異對於燈箱照光溫度的影響，期能提供讀者對於涼感服飾織物及其驗證規範有進一步的認識。
「專利前哨站」推出的材化所最新獲證兩則專利。現行軟性印刷電路板主要以軟性銅箔基板為主。依層數可區分為無膠系軟性銅箔和有膠系軟性銅箔基板，兩者最大差異在於銅箔和聚醯亞胺薄膜之間有無接著劑。無膠系具有耐熱性高、撓折性佳、尺寸安定性良好等優點，但成本相對較高，因此大部份軟板主要使用有膠系，只有較高階軟板才會用到無膠系。有膠系需有環氧樹脂接著劑當作軟板與導線接著，但一般環氧樹脂接著劑的耐溫性較聚醯亞胺差，使用上會有溫度的限制。此外，在可靠度上也不甚理想。無膠系需藉由表面處理、鍍膜、蝕刻方式才能達到線路圖案化之需求，其製程複雜、耗時長。「嵌有導線的軟性基板及其製造方法」開發一種全印刷式結構設計，可將金屬導線嵌於軟性基板中，解決了現行基板與導線密著度、可靠度不佳的問題，其製程簡單化亦可達到更佳效益，可廣泛應用於軟性電子、軟性印刷電路、LED等相關產業。
傳統鋰電池發生內短路時，因為短時間釋放大量熱量，會使得結構中聚烯烴材質的隔離膜無法耐受高溫而熔融變形。若無法阻隔局部熱累積或中止內短路，則鋰電池的活性物質將分解形成高壓氣體，產生爆炸等危害。國際各鋰電池製造大廠無不投入大量資源，研究如何有效改善鋰電池內短路的安全問題。日本電芯大廠Panasonic開發之熱阻隔材料可導入鋰電池內部，藉由強化隔離膜的機械性質，避免電池因受熱導致正/負極直接接觸產生內短路現象。然而熱阻隔材料主要是由高含量之無機粒子及低含量之有機高分子黏著劑組成，易造成電池內電阻上升。此外，無機粒子在使用充放電過程中易剝落而失去其保護功能，且因無機粒子容易聚集沉降，造成加工不便，會影響熱阻隔材料的功效。「用於鋰電池之有機-無機複合層及電極模組」揭露一種用於鋰電池之有機-無機複合層及其電極模組，是一種新的材料組成，能改善目前市售含熱阻隔層之電池阻抗，並具有良好加工性及維持其安全性。
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