將具有隔熱遮蔽功能的粉體與高分子材質混摻、聚合及塗佈貼膜，形成具有吸收紅外線功能的織物，並分析其隔熱遮蔽效能，同時此粉體亦可應用於建材上。進一步探討透過含有特殊奈米機能粉體之織物與特殊螢光染料結合，能加強織物在可見光區光波之穿透率，在可見光區域中之特殊波長光波與醫美常使用之美容光波段相似，可稱為有益光，此有益光希望能讓使用者在陽光下持續使用，達到不曬黑、不悶熱，而越曬越美麗的效果。
本文將從以下大綱，介紹一種具有隔熱遮蔽功能的粉體，可應用在纖維及紡織品、建材玻璃上，以及工研院材化所利用機能纖維過濾有害光線之開發介紹。
‧隔熱遮蔽粉體之光譜效能
1. 隔熱遮蔽粉體於熔融紡絲之應用
(1) 摻雜鎵的氧化鋅粉體尼龍纖維光譜效能
(2) 摻雜鋁的氧化鋅粉體聚丙烯纖維光譜效能
(3) 摻雜鎵的氧化鋅粉體聚酯纖維光譜效能
2. 隔熱遮蔽粉體於濕式紡絲之應用
3. 隔熱遮蔽粉體於塗佈及塗膜貼合之應用
‧隔熱遮蔽機能粉體於玻璃建材之應用
‧隔熱遮蔽粉體於防曬紡織品之應用
【內文精選】
氧化鋅(ZnO)是一種半導體材料，其禁帶寬度(Energy Gap)於室溫下為3.37 eV，隨著氧化鋅粉體的尺寸減小，其禁帶寬度會逐漸增加。為了提升其電氣或光學性質，通常摻雜第IIIA至VA族的元素，且通常應用在與半導體相關的產業上。本文介紹一種具有遮蔽紅外線功能的氧化鋅粉體所製成的紡織品(Textile)，由於粉體是淺色系，因此織物的顏色改變相對於未添加粉體的紡織品而言，平均可見光反射率差異只有2%左右。
隔熱遮蔽粉體之光譜效能
在氧化鋅粉體內摻雜鎵(Ga)、鋁(Al)的製法步驟可為：①將鋅的硝酸鹽或者硫酸鹽與摻雜元素（包括鎵、鋁）的氯化物或硫酸鹽配製成混合溶液，濃度為0.5~5.0 ml/L，摻雜元素的添加莫耳量為鋅和摻雜元素總莫耳量的0.1~10.0 mol%；②將步驟①中所配置的混合鹽溶液和碳酸氫銨溶液一起滴加到水中，過程中保持在40˚C、pH值控制在7.0~7.5，同時強烈攪拌，即獲得均勻摻雜的白色鹼式碳酸鋅沉澱物生成…（想要了解更多隔熱遮蔽粉體的製作步驟嗎？請登入會員下載下方附檔）
1. 隔熱遮蔽粉體於熔融紡絲之應用
摻雜鎵、鋁或其組合的氧化鋅粉體摻合在高分子聚合單體中，接著將單體聚合，形成高分子，然後利用紡絲工程將此材料加工形成具有遮蔽紅外線功能的纖維。所形成的纖維可為尼龍纖維、聚丙烯纖維及聚酯纖維。
(1) 摻雜鎵的氧化鋅粉體尼龍纖維光譜效能將含有摻雜鎵的氧化鋅粉體之尼龍纖維DTY規格70d/24f，再織成基重為150 g/m2的針織布。並使用積分球分光光度計測試針織布在紅外線波長範圍為780~2,500 nm之間的平均隔熱遮蔽率，如表一所列。
隔熱遮蔽粉體於防曬紡織品之應用
為了讓曬太陽能曬出健康，利用隔熱遮蔽粉體加入纖維中，促使纖維可以隔絕紫外光、阻隔紅外線（熱射線），並將紫外光轉化成對人體有益的特定可見光波長光線。工研院材化所於機能粉體研發擁有多年經驗，透過關鍵「粉體+染料」組合設計，讓織物在陽光下，能同時遮蔽危害皮膚之紫外光及高溫炎熱之紅外光；並且增強「特定波長染料所產生的可見光能量」，所選用的「特定波長」係參考醫美常使用之美容光光譜為設計基礎，讓織物在陽光照射下可透出有益人體的有益光。所生產的防曬紡織品比市售防曬品有更高的附加價值，同時粉體亦具有特殊高透光的特性，讓「特定波長」更容易穿透織物到人體，紡織品具有特定波長可見光高穿透的特性與美容有益光效果，讓使用者在夏日陽光下越曬越美麗、越穿越舒適。
隔熱遮蔽粉體，其對於波長200~380 nm（太陽光UV光區）具有阻隔效果；且對於波長780~2,500 nm（太陽光紅外光區）之熱射線具有遮蔽效果。圖六之橘色曲線係含有機能粉體之透明膜，藍色曲線係不含機能粉體之一般透明膜。相對於藍色曲線，橘色曲線在UV光區及紅外光區之穿透率皆明顯降低許多，但在可見光區的穿透率卻差異不大。可證實隔熱遮蔽粉體在UV光區與紅外光區域之有效遮蔽性，而且在可見光區具有高透光性。
圖六、隔熱遮蔽粉體膜（橘線）與一般無添加粉體膜（藍線）之光譜圖
「隔熱遮蔽粉體」為氧化鋅化合物，原是一種半導體材料，其禁帶寬度為3.37 eV（於室溫下），且隨氧化鋅粉體尺寸減小，其禁帶寬度逐漸增加。為提升其電氣或光學性質，常添加…（想要了解更深入的內容嗎？請登入會員下載下方附檔）
「特定波長染料」係指可以發出特定螢光波長的染料。螢光染料的原理是：當其一個分子吸收一輻射光被激發而躍遷至較高能階時…（想要了解更深入的內容嗎？請登入會員下載下方附檔）
「隔熱遮蔽粉體」及「特定波長染料」之創新「粉體+染料」組合設計，當織物在照射太陽光時，粉體及染料均具有吸收太陽光之UV光能並產生激發可見光能的特性，「隔熱遮蔽粉體」與「特定波長染料」兩者具有協同作用，在UV光的作用下會產生出加成效益，亦激發出比自身更強的可見光能，因此即便用肉眼即可看見更耀眼的顏色產生，所以織物顏色也較一般顏色更耀眼奪目，如圖八。
圖八、「隔熱遮蔽粉體」及「特定波長染料」之機能纖維與不同光線穿透示意圖
將隔熱遮蔽粉體之織物結合特殊螢光染料加工跟一般染料之織物比較，兩者織物在可見光區域之可見光穿透率光譜圖如圖十。含隔熱遮蔽粉體之織物結合特殊螢光染料，其透過光譜儀在可見光區會形成山形光譜圖...…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
作者：郭怡君、黃泳彬、葉佩宜／工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」381期，更多資料請見下方附檔。