汪若蕙／台灣奈米技術產業發展協會
近年奈米材料的應用已擴展至電子通訊、光電顯示、能源等領域，如奈米碳管、石墨烯、量子點等。隨著奈米材料的製造技術與品質的日益精進，材料的優異性能在產品應用上深具潛力，本文將從近年各大展覽中奈米材料的產品應用，探尋奈米材料應用於電子通訊、光電顯示、能源、及節能減碳等領域的趨勢及機會。
【內文精選】
一、電子通訊
■ 高頻電磁波吸收材料
電磁波吸收材料能吸收電磁波轉換為熱能，用於降低模組或元件之間或本身的電磁波干擾及雜訊。因為模組微型化、高頻無線射頻元件及模組數目增加等因素，高頻電磁波吸收材料日益重要。日本電磁材料研究所 (DENJIKEN) 以石墨烯與水性樹脂製作5G雜訊抑制膜，可應用於毫米波通訊。在高頻28 GHz的訊號衰減率達48 dB，3.7 GHz訊號衰減率達5.1 dB，優於磁性材料（圖一），可用於5G非地面網路通信，如高空平台基地台(HAPS)。
圖一、日本DENJIKEN石墨烯電磁波訊抑制膜
日本廠商TPR則以多壁奈米碳管與橡膠製作高頻電磁波吸收膜，實驗顯示僅1 wt% CNT含量，其電磁波吸收 (>5 GHz) 效果優於磁性材料Sendust (20 wt%)及Ferrite (80 wt%)，且CNT複材比重低於磁性材料，膜厚較薄，具輕量化優勢。另外在毫米波如汽車ADAS應用頻率，24~26 GHz可達50 dB；75~80 GHz可達20 dB（圖二）。
圖二、日本TPR奈米碳管電磁波吸收膜
高頻電磁波吸收材料可應用於汽車、無人機、機器人內ADAS、GPS、內載無線系統的天線元件，或是伺服器、小型基地台、非地面網路 (Non-Terrestrial Networks; NTN) 基地台的無線射頻元件、模組等。材料需輕薄能應用在有限空間，還須具備散熱功能，讓電磁波吸收轉換的熱能不會累積。相較於磁性材料，石墨烯與奈米碳管複材符合這些條件，且具較佳高頻電磁波吸收能力且質地輕薄，應用於無人機、機器人等可減少電池電力消耗。但石墨烯與奈米碳管的導電度高，容易像金屬一樣反射電磁波，降低吸收效果。目前有研究將磁性材料與石墨烯或奈米碳管結合成複材，但仍會面臨分散均勻性、導電度的控制等挑戰。
二、光電顯示
■ 超穎光學元件
超穎光學元件是以超穎表面結構來控制光波的行進，應用於可見光的超穎結構尺寸為數百奈米，奈米壓印製程正適用於此尺度範圍，常見的超穎光學元件如超穎光柵、超穎透鏡等。超穎光柵可用於AR或近眼顯示器 (NED) 的消色差超穎光柵耦合器(Achromatic Metagrating; AMG Couplers)，能將紅、綠、藍等不同波長的光，以相同的角度與方向精準耦合進入波導中（圖十一a），相較於傳統繞射光柵需多層結構來對應三原色，超穎光柵能有效解決傳統繞射光柵產生的色差與體積龐大等問題。三星及韓國浦項大學合作開發消色差超穎光柵的單層光波導，超穎結構由氮化矽(折射率2.0)薄膜經微影蝕刻製作，可投射全彩影像、具較廣的可視區 (Eye Box)、也能增加視覺亮度及色彩均勻度（圖十一b）。
圖十一、超穎光柵應用於AR(擴增實境)顯示
超穎透鏡可以輕薄的平面透鏡取代現有厚重曲面透鏡，可以單一鏡片解決色差、控制相位及偏振等問題。目前AI伺服器或工作站的光傳輸線路已從傳統可拔插光學模組 (Pluggable Optics) 進入到On-Board Optics及共同封裝光學元件 (Co-Packaged Optics; CPO)，圖十二顯示隨著封裝微型化，從On-Board、2.5D CPO到3D CPO，光傳輸I/O的間距及尺寸縮小，預期微透鏡將因對位問題而難以應用---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。