魏宇昆/工研院材化所
材料回用/油水分離等永續減碳相關議題
1. 原子層沉積改性製備防污膜 Bratin Sengupta (Argonne National Laboratory)
油水乳化液帶來了重大的環境和工業挑戰。雖然使用聚偏氟乙烯(PVDF)的薄膜分離技術提供了一種低能耗的解決方案，但其固有的疏水性會導致嚴重的污垢，從而限制了分離效率。參見圖十中研究人員透過原子層沉積(ALD)來改造PVDF膜，解決了這個問題。PVDF的化學惰性和穩定性使其成為理想的膜材料，然而傳統的原子層沉積(ALD)難以在其表面進行處理，由於成核不良，需要超過200次循環。這會導致金屬氧化物「島狀生長」不均勻，堵塞孔隙並降低水的滲透性。研究團隊的突破在於一個簡單的預處理步驟，活化PVDF從而僅需1~2次ALD循環的情況下，即可形成均勻的超薄金屬氧化物層（小於5奈米）。這些親水性、帶正電荷的塗層可顯著減少污垢，同時保持孔隙的完整性。
研究團隊經過測試，改質膜的油水乳化液分離效率達98%以上，性能可持續100多小時。該團隊目前正在將膜面積擴大到1,000平方公分，並正在開發一種常壓、空間卷對卷原子層沉積系統，以便與目前的工業膜生產無縫整合。透過將氣相精度與智慧表面工程相結合，不僅增強了環境修復，並可為水處理及其他領域提供可擴展的防污膜。
圖十、ALD循環改性製備油水分離薄膜
2. 可自修復環氧樹脂於風力發電機葉片之應用 Ning Zhang (Baylor University)
論壇中講者提到傳統風力發電機葉片存在五大挑戰：
(1) 維修複雜且風險高：葉片高度超過100公尺，需技術人員在高風速與惡劣天候下作業，風險包含墜落與意外，且勞動成本高昂。
(2) 葉片層間剝離(Delamination)：由於葉片製造時採用玻璃纖維或碳纖維分層排列，並經真空輔助樹脂浸透，造成層間區域易在循環負載下剝離。
(3) 材料重量重：玻璃纖維與碳纖維複合材料增加葉片重量，降低風力機效率且提高成本。
(4) 碳纖維高成本：碳纖維主要應用於關鍵應力集中區域，但價格昂貴。
(5) 回收困難：葉片壽命約20至25年，退役後需填埋，材料分解時間超過5,000年，造成土地負擔。
本研究目標在於設計並製造一種輕量化、化學可回收、高韌性、具耐用且自我修復特性的纖維強化化合物(Vitrimer)複合材料，專注於其分子動力學模擬與重用方法。研究團隊使用環氧樹脂DGEBA作為基底、硫醇硬化劑EFT（含自然硫鍵，動態硫鍵可實現自我修復功能），如圖十一所示。研究發現自我修復對於裂縫尺寸有限制，較大裂縫需搭配添加動態交聯粉末及熱源修復。且加速試驗環境需考慮實場嚴苛環境，如雨水侵蝕、溫度變化、紫外線照射、鹽霧及沙塵侵蝕等。實際應用情境，可利用無人機搭配缺陷感測器，實現葉片缺陷即時監測與自動修復，降低技術人員登高作業風險---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖十一、自我修復技術解決風力渦輪機葉片開裂問題