新穎高分子材料 可製造折疊顯示螢幕

2007年10月26日，日本輪胎巨擘Bridgestone公司展示一款可折疊顯示螢幕，厚度只有0.29毫米厚，具有4096種顔色。（YOSHIKAZU TSUNO/AFP/Getty Images）

傳統電池的體積龐大且沈重，一群賓州州立大學的科學家研發一種高分子電池材料，高分子電池的輕便未來有可能取代傳統電池，也可能替軟性電子（Flexible Electronic）開闢新方向，比如製造可折疊的電腦螢幕等。

據賓州州立大學材料科學與工程學系的王慶（Qing Wang，音譯）副教授和他的研究小組，在今年美國化學學會會議上發表兩篇論文，一篇是相關於可調功率密度的高分子材料，而另一篇是相關於可作為電容儲存電力的奈米陶瓷複合材料。

他們所研發新的高分子材料是氟氯碳氫化合物，因為在氟碳氫化合物中之一的三氟氯乙烯（chlorotrifluoroethylene）在常溫下具有很高的介電常數（permittivity）。而介電常數是衡量在一個電場下物質儲存電荷的能力，也是作為在電容中有效物質儲存電力的指標。他們研究發現藉由調整高分子的化學組成和比例，可以調整其介電性質和能量密度。

另外，由於此種新研發的高分子材料具有鐵電性質（ferroelectric），所以他們將鐵電性高分子（ferroelectric polymer）加入奈米陶瓷材料，進一步提高能量密度。因為一般陶瓷的介電常數比聚合物（高分子）的還要高，所以他們認為結合具高電擊穿強度（electric breakdown strength）的高分子和高介電常數的陶瓷材料所產生的複合物，將可以作為大型能量儲存的電容（電池）。所謂的電擊穿強度是指材料在電場作用下不致被破壞所能承受最高的電場強度。所以越高電擊穿強度的材質越適合作為電容。

所謂鐵電性是指某些非導電的晶體或電介質自發產生電極化的性質，極化方向隨外加電場的方向而改變。

王教授說：「要想均勻分散的陶瓷奈米粒子而又能使得介電常數相匹配，是一件不容易做到的事情。」如果兩種材料的電性不匹配，兩者間的介面在高電場下會破裂，因此降低儲存能量的能力。所以他們藉由加進官能基改變材料，來微調高分子基體中的介電常數，他們也嚐試控制兩者混合的均勻分散性。

最後，王教授認為他們所研發的新材料不僅可作為電容器（電池），還可運用在混合動力汽車上，以取代傳統沈重的電池，使汽車可以跑得更快更久。

另外也可以作為目前電腦IC電路上使用的介電二氧化矽層，因為此種新材料是常溫下製造的高分子，它們容易製造且具韌性，未來可以作為軟性電子（Flexible Electronic）的應用，例如可折疊的螢幕和電腦部件。***