高頻高功率高穩定  5G毫米波通訊引爆新材料發展
隨著全球行動聯網服務普及化，各種行動多媒體影音、車聯網、工業物聯網及環境感測等需求日益增加，在低頻頻段使用已過於擁擠，採用毫米波頻段作為5G通訊技術標準，以解決頻寬不足之困境，是國際大廠之共識。為了因應下世代通訊技術之要求，5G通訊網絡亦將一改過去高度仰賴大型基地台的布建架構，而大量使用小基站讓電信營運商能以最具成本效益的方式彈性組網，從而提高網絡密度與覆蓋範圍。因此攸關訊號傳輸效率之毫米波高頻基板、高頻封裝、高效功率放大器及高頻雜訊抑制等相關材料技術成為各國亟於突破之重點。在面對未來5G行動通訊與智慧物聯網等新世代高頻、高功率、高溫穩定性等需求挑戰下，國內現有產業技術已逐漸不敷所需，如何串聯產業鏈結合上/中/下游業者共同發展，從國內無法取得之上游關鍵原料切入，建立毫米波材料、元件自主產業體系，並將自主材料設計於5G通訊系統應用之中，值得深思與投入。

5G在民生科技、基礎建設、軍事國防等領域均為重要趨勢，對於未來人類生活的影響力更是無遠弗屆。5G商機為各種新材料與新技術的發展帶來更多想像空間，也可能是帶動新材料技術突破的契機。在矽晶逐漸面臨材料與製程極限後，化合物半導體提供了新的並且可能是更好的解決方案，「高頻通訊用半導體基板材料發展現況」一文介紹目前國際上應用在功率放大器之高頻元件所需之化合物半導體基板材料，如砷化鎵、磷化銦、氮化鎵、碳化矽等之技術發展現況及電氣特性與生產方式，並說明在5G毫米波功率放大器效率提升之需求下，將引爆新的半導體材料之發展及技術挑戰。

隨著毫米波通訊射頻前端模組晶片化趨勢，低損耗陶瓷基板肩負起連結射頻前端與中頻間之晶片乘載與訊號低損傳遞之功能，「低溫共燒陶瓷材料於毫米波應用及其量測對策」一文，略述低溫共燒陶瓷技術(LTCC)早期主要應用於被動元件積體化產品，並探討LTCC以凹穴構裝線路縮短傳輸路徑及使用AiP (Antenna in Packaging)設計，可以將高頻電路小型化與高密度化，有效達到毫米波低損訊號傳遞等功效，作為5G通訊應用射頻前端模組載板構裝技術應用。文中同時針對製程、材料、選用指南及應用案例深入淺出介紹。

在過去的幾年內，手機和平板電腦市場快速推動了各種無線網路標準的採用，全球Wi-Fi熱點的數量已經超過上億個，而支持藍牙的產品總數更是以幾倍數的增長，這兩類產品使用相同的2.4 GHz和5 GHz頻段，因此電子產品邁入GHz的高頻傳輸時代，使得電磁干擾的問題越來越複雜，也帶來高頻電磁干擾抑制材料之應用需求。「應用於高頻基板之電磁干擾抑制材料技術」文中舉例概述六方晶系鐵氧體材料在高頻雜訊抑制應用上具高度潛力。由於此材料之自然共振頻率約在GHz以上，所以在高頻有好的電磁干擾抑制效果，將是高頻電磁干擾抑制應用之強有力的材料候選者。文中並簡述製程及高頻雜訊抑制量測結果。

高頻用寬能隙半絕緣碳化矽晶圓具備高功率、耐高壓、耐高溫等特性，隨著毫米波通訊及5G相關產業起飛，受到世界各國政府與產業界的廣泛關注和高度重視，成為增長潛力巨大的戰略性產業。高頻/高功率放大器元件需具備SiC、GaN等寬能隙材料技術，將帶動另一波產業成長動能。其中半絕緣性SiC晶圓單價高昂且為戰略管制品，為各國亟於開發之關鍵基板材料。「半絕緣碳化矽晶圓發展現況」探討半絕緣碳化矽晶圓之市場、應用、技術困難點及國內之產業現況。目前市場上的GaN功率元件以GaN-on-SiC在散熱性能上最具優勢，相當適合應用在高溫、高頻的操作環境，以基地台的應用為主，可預期半絕緣碳化矽晶圓將是國內因應5G毫米波通訊發展之重要關鍵材料。

時尚又機能環保  綠色及生質材料於紡織的新發展
台灣紡織產業之產值每年約4,000億台幣。近來中美在貿易問題衝突日益嚴重且無趨緩跡象，並可能由貿易保護衝突轉為全球的匯率戰爭。紡織產業在過去數十年已經展開全球布局與競爭淘汰賽，且產品開發的方向已轉向差異化、少量多樣化、戶外運動、產業用紡織品等方向開發，屬全球布局完整的企業亦不懼中美貿易戰之紛擾。而紡織的產業鏈從最上游的石化及天然原料開始，經加工處理成絲而紡紗，到中游的織布染整、下游成衣服飾到消費者，是一個高度依賴新原料、新材料投入的產品感官性產業，除時尚設計師將流行元素投入的美感設計外，研發尚須注重功能性及機能性導入。而於兼具時尚性及機能性的過程中，亦須考慮目前全球盛行的環保訴求。

植物、動物、微生物等生物所生產的染料皆屬生物合成染料，環境相容性高是此類染料重要的特性。染料發展至今，已幾乎是化學染料的世界，近年環保意識抬頭，對於化學染料有毒中間體的高風險性，歐盟、美國與非政府組織等皆投入規範化學物質法規與提高安全使用標準。因此，纖維紡織用染料產業再度回歸無毒的天然染料，其中以可工業化量產的生物合成染料最具潛力，生質染料應用於紡織染整產業將為未來技術的一個重大突破。「生物合成染料發展現況」一文將帶領讀者探討生物合成紅、藍、黃、黑四色染料的現況及其在紡織、食物、染髮的應用與發展。

透過微奈米粉體技術的導入，開發差異化機能性紡織品亦是紡織產業發展的一大主流方向，「隔熱遮蔽機能粉體於透光材料及紡織品之應用」介紹一種具有隔熱遮蔽功能的粉體及其製成之纖維及紡織品。研究員將具有隔熱遮蔽功能的粉體與高分子混摻、聚合及塗佈貼膜，形成具有隔熱遮蔽功能的織物，高分子材質包含聚酯、尼龍、亞克力及PU塗佈貼膜，並分析其隔熱遮蔽效能。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，稱為有益光，此有益光希望能讓消費者者在陽光下持續使用，達到不曬黑、不悶熱，而且還越曬越美麗的效果。文中亦簡介了隔熱遮蔽粉體在建材玻璃的應用。

綠能產業新契機  太陽光電技術特別報導
綠能科技為政府推動的重要產業，太陽光電是其中關鍵的一環。為達成非核家園目標，目前政策規劃於2025年再生能源占比將達20%，其中太陽光電設置量達20 GW。國內市場部分，不論在綠能屋頂的推動或大型地面專案的推動均如火如荼地展開中，如鹽灘地、彰化崙尾東等區塊都已陸續完成標租作業，相信未來國內的太陽光電成長力道會更強。而以全球市場面來看，近期產業最大的衝擊主要來自中國大陸「531新政」對設置量的調控，大陸市場今年的年度設置量恐立即下修10~15 GW，將對製造業造成極大衝擊。然根據彭博新能源之統計，全球2018年系統總設置量介於102~112 GW，相較於2017年微幅成長，顯見全球終端市場並未因大陸「531新政」而有萎縮。展望未來幾年，每年設置量可上看100 GW以上，持續穩健成長。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。

近年來太陽光電產品的競爭和市場波動令多數產業專家感到意外，找尋新的方向避開市場競爭是一可行的方式。「高效矽晶太陽電池發展近況」參考全球太陽光電研發的進展，介紹了幾種可能的技術發展方向，包括降低接觸電阻的新型銀膠，增加太陽光電系統價值的新型雙面太陽電池製程，以及可再降低成本、提高效率的新型鈍化接觸結構。矽晶太陽電池技術持續朝高效率發展，在材料、製程技術、電池結構都還有發展的空間。文中所提及的低接觸電阻銀膠、雙面PERC電池關鍵材料及製程、鈍化接觸電池結構，都是值得關注的方向。

鈣鈦礦太陽電池是目前光電轉換效率提升最快的太陽電池技術，具有高能隙、低成本及易於製造等優勢。將其與目前主流的矽太陽電池結合形成PVSK/Si堆疊式太陽電池，理論光電轉換效率可達37%，可望大幅提高傳統單接面矽太陽電池的轉換效率。鈣鈦礦不但可以和矽結合使用，亦可取代矽太陽電池，開發更低成本的全鈣鈦礦多重接面太陽電池。「鈣鈦礦太陽電池於堆疊型太陽電池之應用」討論目前國際上以鈣鈦礦材料作為上電池、矽晶材料作為下電池的鈣鈦礦堆疊太陽電池的相關技術原理、研究的進程及此一新興技術未來的前景和挑戰。

全球太陽光電持續擴大設置，太陽能模組的使用年限約20~25年，隨著後續裝置量的急劇提升，未來將衍生嚴重的廢棄太陽光電模組處理問題。我國截至2018年5月底，太陽光電累積設置容量達2,172 MW，並且預計在2025年太陽光電累積設置目標量為20 GW，若依此設置量預估，則最快於2023年時，將會有1萬公噸的太陽光電模組廢棄物產生，之後每年將以0.5~1公噸的速度持續成長，於2036年時將突破10萬公噸，2045年可能達到18萬公噸。歐盟與日本等早期推動的國家將會優先碰到太陽光電模組回收處理問題，雖然國內目前沒有立即性的廢棄模組處理問題，但「日本太陽光電模組回收技術解析」一文探討日本如何處理太陽光電模組廢棄物，達到資源循環再利用之目的，仍可供國內相關產業作為技術發展的參考。

主題專欄
聚氨酯(PU)在全世界獲得廣泛應用，其中半數以上為軟質與硬質發泡，作為椅墊、床墊等家具、保溫材料及緩衝材料等使用。聚氨酯泡棉體積大，使用後的廢棄物以掩埋處理會占據巨大的空間，進而對自然環境造成很大的負擔，而焚燒需有良好的焚化控制與尾氣處理以避免造成二次公害。利用機械法將廢泡綿粉碎再黏結與壓模成支撐材為最常見的再利用方式，但再生產品的特性較低且應用範圍受限。循環經濟專欄「聚氨酯發泡材的回收與再生利用」一文分享聚氨酯產品廢棄物回收循環再利用的現況，以及工研院材化所於聚氨酯解鏈回收多元醇之研發進展。

在能源短缺的現今，尋求替代能源勢在必行，燃料電池具備潔淨能源的特色受到各方注目。由於在酸性環境下，大多數的金屬材料會有被腐蝕的問題，必須使用抗蝕性較高且較昂貴的貴金屬作為燃料電池電極。貴金屬鉑一直是催化性能最佳的電極材料之一，但其蘊藏量有限、價格昂貴，考量減低成本，必須採用其他材料取代。而在鹼性環境中金屬電極則較沒有腐蝕的問題，選擇性也增加許多，工業可量產性與大規模普及性皆具潛力，但現行非鉑電極觸媒材料雖具低成本的優勢，活性卻仍遠不及鉑。以傳統研究開發新觸媒材料需要花費相當長的時間來驗證設計的組成，往往造成研發速率瓶頸，結合快速合成及篩選的組合化學技術提供了解決此一瓶頸的良方。能源/儲能專欄「鹼性燃料電池非鉑電極觸媒研發現況與組合化學方法應用之探討」一文深入探討非鉑電極觸媒材料研發現況，以及應用組合化學技術於電化學觸媒新材料開發之成果。

在全世界如火如荼發展近/淨零耗能的目標下，外圍護結構中窗戶的Low-E玻璃近年受到相當大討論，除了技術持續進展外，使用上也受到該國的建築市場、建築節能法規以及產業鏈議價力影響。市場瞭望專欄「我國Low-E玻璃產業發展」除了提供我國Low-E玻璃市場現況之外，也說明左右Low-E玻璃市場發展的因素，並介紹美國DOE對於Low-E玻璃技術以及市場現況的看法，以供讀者參考。

熱門專利組合本月推出工研院材化所在「通訊關鍵材料與應用專利組合」、「奈米纖維應用專利組合」兩大類八項優質專利組合。「通訊關鍵材料與應用專利組合」精選低溫共燒陶瓷技術、高頻通訊材料技術、被動元件整合技術、電磁波干擾防護；「奈米纖維應用專利組合」包括天然染料及環保染色技術、生質染料技術、奈米纖維用於燃料電池、海水淡化脫鹽過濾技術。材化所技術豐富多元，歡迎業界挖寶與材化所智權加值推廣室（03-5913737）聯繫洽談。

凡對以上內容有興趣的讀者，歡迎參閱2018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、最即時的資訊！