鄭憶中 I-Chung Cheng

輕量化奈米孔隙金屬結構於負碳技術開發應用

奈米孔隙金屬研究起源於低密度高強度結構性金屬結構的開發需求，主要應用於輕量化飛行載具中，如何使金屬材料藉由奈米孔隙化的立體結構達到高比強度的效果成為當代增加燃油效率以達節能減碳的重要課題。另一方面，奈米孔隙金屬具有雙連續結構，亦即結構內部的奈米尺度金屬材料以及氣體孔隙皆具連通性。這個高金屬材料比表面積特性使其具備功能性材料開發潛能，可使流體與金屬表面達到最大化反應面積的效果。其中重要的應用在於可直接將二氧化碳轉化為再生能源以及高價值化學品的金屬催化劑，為實現碳中和目標中重要的負碳技術範疇。

這一連串願景需要從奈米孔隙金屬結構的開發開始，有別於傳統發泡金屬製程所產出的大尺度孔洞結構，本實驗室利用合金熔煉及磁控電鍍薄膜製程搭配電化學濕蝕刻方法，從金屬表面控制原子等級的選擇性移除，達到20奈米以下的表面特徵結構。同時藉由表面原子的自適應性擴散聚集，使此原子等級選擇性移除可由表面一路進行到材料內部進而達成三維立體雙連續奈米孔隙金屬結構。在金屬材料內部的優化上，本實驗室研究了原子等級的有序結構與無序結構對於奈米孔隙金屬結構合成性質上的差異。在熱平衡產生的特殊雙相共晶合金結構所產生的奈米孔隙金屬結構，具有從毫米微米到奈米尺度的跨維度孔隙結構，可兼具電化學反應所需要的高質傳速度與高比表面積特質。同時奈米孔隙雙金屬結構可在負碳技術反應時產生偕同效應，進而達到更高碳數的高價值還原產物。