◎奈米鍍膜是現階段奈米材料技術之發展主軸
歷經20世紀90年代後期的蘊釀,進入21世紀,奈米材料技術應用市場產值將會有飛躍性的成長,現階段最重要的發展主軸即是奈米薄膜材料技術及其應用領域的開發,因此儘速提升奈米鍍膜技術的研發能量及開發潛力商機,對產業界而言是刻不容緩的課題。
儘管近年來關於奈米薄膜製備技術的文獻報導層出不窮,但仍有許多諸如低成本製備技術、結構與其性能關係、晶粒尺寸的精確控制、實際應用的穩定性、經濟性等問題尚未完全解決。因此本研究擬探討近年來奈米薄膜製備的技術發展動向、應用領域、潛力商機及未來市場展望,做一有系統的介紹,期能提供我國政府及從事奈米鍍膜技術領域的相關單位及業者,作為規劃研究及發展方向之決策參考。
◎奈米薄膜材料的分類
奈米薄膜是一類具有廣泛應用前景的奈米材料,依顯微結構不同可分為顆粒膜與緻密膜,顆粒膜是指奈米微粒黏附在一起,中間有極為細小間隙的薄膜;緻密膜是指膜層結構緻密但由尺寸在奈米等級的晶粒﹙或微粒﹚構成的薄膜;或將奈米晶粒鑲嵌於某種連續膜層中構成的複合膜;依組成形態區分,可分為基底材中包覆有奈米微粒或原子團簇的薄膜,以及厚度接近電子平均自由徑和德拜長度的奈米尺寸薄膜;另外,又可分為單層與多層的膜層組合,奈米多層膜是指由一種或數種材料交替沉積,而形成的成份或結構交替變化的多層膜材料。
◎奈米鍍膜技術多元化發展
奈米薄膜的製備方法相當多樣化,不同的產品/產業,基於成膜品質的要求、製造成本、技術成熟度、量產性及環境友善等諸多考量,製造商需選擇最適(但非唯一)的技術來進行生產製造。若依有無溶液參與鍍膜過程來區分,大致上可分為乾式鍍膜法及濕式鍍膜法兩大類。乾式鍍膜法可分為真空與非真空製程,真空製程主要有PVD與VCD,非真空製程為熱噴塗技術;濕式鍍膜法包括有複合溼鍍法、溶凝膠法及自組裝法。
◎奈米鍍膜功能特性應用廣泛
奈米薄膜之功能特性應用廣泛,大致區分為保護性奈米薄膜和功能性奈米薄膜兩大類。保護性奈米薄膜是指利用鍍膜強化基材的整體結構性能,如超硬、耐磨塗層,抗氧化、耐熱、阻燃塗層、耐腐蝕、裝飾塗層等;功能性奈米薄膜則是額外賦予基材原先所不具備的特性,亦藉此增進有別於傳統鍍膜的功能,如消光、光反射、光選擇吸收的光學鍍膜,導電、介電或半導體特性的電學鍍膜,磁性鍍膜,氣體感測作用鍍膜等。
◎奈米鍍膜技術市場規模正逐步推昇
全球薄膜及奈米膜整體產值在2003年總計為11億美元,預計在2006年將達16億美元以上,到了2008年可望超20億美元,從2003到2008年平均成長率為12.7%。
微電子產業為奈米薄膜應用最大的領域,從2003年到2008年的整體應用市場年平均成長率為11.2%。其中MRAM應是商品化及成長幅度最為快速的產品。
奈米鍍膜的前三大應用市場中,在2003~2008年成長速度最快者預料將是資訊儲存產業,整體市場可望有15.3%的年平均成長率。
◎奈米鍍膜廠商投資方興未艾
奈米材料及奈米技術所引發的投資熱潮正席捲全球,全球投入該研發領域的廠商可以說是不計其數,然而直到本研究進行的當時,尚無較為突顯的領導廠商。綜觀奈米鍍膜技術導入之業者,就國內而言,目前大多集中在兩個軸向之相關產品及應用:(1)以乾式法製作奈米保護性鍍膜;(2)以溶凝膠技術製作有機無機混成塗料。至於國外部份,除上述二者外,已有廠商以自組裝技術來進行新產品開發。
◎先進國家高度部署奈米材料技術領域
在富有挑戰的21世紀,世界各國都對深具戰略意義的奈米科技領域予以高度的重視,特別是先進國家都已動用國家級的研發能量,高度部署奈米材料和奈米科技的研究,目的是提高未來10年乃至20年在國際上的競爭地位。
主要研發活動集中在八個方向:(1)奈米量子元件及其集積的關鍵技術;(2)奈米光電子材料及元件;(3)奈米級高密度信息儲存技術及器件;(3)生物醫學奈米元件;(4)奈米金屬材料與非金屬材料;(5)奈米材料應用技術開發;(6)奈米材料及結構的設計與模擬;(7)奈米結構檢測與表徵方法的研究;(8)儀器的開發等。
◎國家奈米產業的發展需產官學研通力合作才能達成
在政府方面,應持續扮演資源、技術整合者之角色,使產業界、學界及研發法人之技術能量能充分配合,減少不當之研發資源浪費,另一方面,各項輔導、補助計畫應持續進行,以鼓勵業者積極投入奈米技術的研發;同時建構即時研發成果評價機制以作為策略修正參考依據。
在業者方面,除積極強化自身的核心技術能量,以及充分瞭解並利用政府、研發法人及學界之各種資源,同時可尋求上下游技術相互配合,以及跨行業別的異業合作結盟,達到利用奈米技術強化企業體質的目的。
在學界方面,需著重在奈米技術基礎知識之培養,以及儘速編寫奈米技術相關中文參考書。另外並應進行跨學科領域相互支援整合,同時加強與海外學術研究單位交流觀摩。
在研發法人方面,應隨時掌握國際間最新奈米材料技術脈動,另外並邀請海外專家或研發人才中短期的進駐或諮詢,期使我國能在該領域與國際接軌。另外持續舉辦推廣及輔導性質活動,透過成果擴散,扮演政府及業者之橋樑,使業者順利運用奈米技術達到產業升級、產品加值的目的。