〈工業技術資訊月刊〉厚實材料創新科技力

象徵台灣創新桂冠的「國家產業創新獎」日前公布得獎名單,工研院單一機構拿下 7 獎項,成為最大贏家。獲獎技術涵蓋智慧機械、綠色科技、循環經濟、晶片與半導體等 5+2 產業創新領域,帶動逾 500 億元商機。其中工研院更以前瞻的材料研發成就,勇奪組織類最大獎「卓越創新學研機構」獎項,堪稱是創新的源頭活水。 

工研院以前瞻的材料研發成就,勇奪「卓越創新學研機構」獎項,圖為工研院材化所所長李宗銘。
工研院以前瞻的材料研發成就,勇奪「卓越創新學研機構」獎項,圖為工研院材化所所長李宗銘。

材料發展與科技進程密不可分,回顧過去,紙、瓷器、玻璃、塑膠推進了文明的巨輪,高分子材料現已廣泛應用,帶來便利的生活,資通訊產業則隨著半導體材料發展而日新月異;展望未來,更快的運算、更耐久的電池,都有賴材料的重大革新。 

工研院材料與化工研究所所長李宗銘表示,此次獲獎,是對工研院豐碩的創新材料技術及協助產業界貢獻的肯定。近 10 年來,工研院共有 12 項材料化學相關技術獲得全球百大科技研發獎(R&D 100 Awards),技術創新能力有目共睹;在促成跨域應用與產業合作方面,工研院材料領域近 3 年成功推動 26 項千萬級智權整合運用案及 527 件技術授權案,並協助成立 7 家新創公司,創新成果對產業貢獻匪淺。 

厚植技術基礎 洞察產業痛點

「材料是工業之母,源自材料的創新往往是突破性的,產業效益也大,」李宗銘分析,創新研發成果要達到產業化的效益,「至少需花費 5 到 10 年時間,才能開花結果」。工研院擁有厚實的技術基礎,洞察產業痛點與需求,讓創新技術「接地氣」,進而贏得產業界信賴,緊密合作共創。以上種種關鍵,建構出不斷創新的機制,讓工研院脫穎而出。 

正因材料創新的效益巨大,在台灣產業升級轉型的過程中,材料也扮演了關鍵的角色。歷經 40 多年積累,材料領域建立起近 60 項具差異化的創新核心技術,以開放式合作的理念,連結業界及學界,聚焦重點優勢產業及傳產轉型所需的關鍵材料與元件技術,建構材化技術的開放式創新系統平台(OISP),成為推動產業材料與製程創新的成長引擎。 

材料界流傳一句話:「料要成材、材化成器、器能成用、用為大用。」說明材料領域從紮根技術到效益擴散的歷程,李宗銘表示,唯有技術基礎厚實,才能發揮創意讓原料變成材料,進而為產業界所用。工研院蓄積多年核心技術,「一層層疊上去就出現厚度,創造出高門檻,競爭對手不易突破。」 

創新的發生,源自對問題的觀察與需求,研發團隊透過對產業的洞察,主動發現問題,李宗銘舉例,像是廢液晶面板再利用處理系統和高安全性鋰電池 STOBA,就是研發團隊主動發掘產業需求,因而促成的創新成果。 

挖掘產業需求 攜手頂尖客戶共創

有鑑於每年國內產出的廢液晶面板高達 8,000 公噸,卻缺乏合適的處理方法,造成環境負擔。工研院研發出「廢液晶面板再利用處理系統」,取出液晶、銦和玻璃資源,透過純化、再利用製程,為國內每年產生的上千噸廢液晶面板,開創出循環經濟新商機。 

此外,手機電池爆炸屢見不鮮,就連知名品牌手機也深受其苦,鋰電池安全飽受疑慮,工研院投入研發出「高安全性鋰電池材料 STOBA」,不僅兼顧安全及電池電性,還可應用在可彎曲、微小型之電子產品。該技術以其優異獨創價值,獲得全球百大科技研發獎。 

材料技術屬上游端的技術,較不易掌握應用端的關鍵需求,需積極與市場領導廠商連結,掌握產品技術的出海口及關鍵規格。工研院與領導廠商合作,如 Behr、三井化學、住友化學、西屋、日產化學、Nike 公司等。李宗銘指出,國際級客戶看的是全球市場,提出來的需求格局更有高度,有助於研發團隊累積實力,「如果客戶給了國際級的挑戰,那我們就更要有國際級的實力去做。」 

2018 年獲得全球百大科技研發獎的「超臨界流體染色與機能化同步技術」,正是機能布龍頭儒鴻給工研院出的國際級題目。 

紡織業為台灣重要創匯產業,經過不斷創新研發,成為全球重要機能布重鎮。近年紡織業掀起環保永續風潮,無水染色不僅節能且少污染,成為紡織業重要趨勢。儒鴻身為機能布領導廠商,與工研院合作研發超臨界流體染色與機能化同步技術,運用二氧化碳作為染劑介質,染色同時還能添加機能性,不僅無水,還能降低化學品與能源的使用,幫助國際品牌大廠達成 2020 年有害化學品零排放的目標,也為台灣紡織業創新寫下新的里程碑。 

「高安全性鋰電池材料STOBA」不僅兼顧安全及電池電性,還可應用在可彎曲、微小型之電子產品。
「高安全性鋰電池材料 STOBA」不僅兼顧安全及電池電性,還可應用在可彎曲、微小型之電子產品。
工研院研發出「廢液晶面板再利用處理系統」,透過純化、再利用製程,為國內每年產生的上千噸廢液晶面板,開創出循環經濟新商機。
工研院研發出「廢液晶面板再利用處理系統」,透過純化、再利用製程,為國內每年產生的上千噸廢液晶面板,開創出循環經濟新商機。
「超臨界流體染色與機能化同步技術」運用無水染色技術,還能降低化學品與能源的使用,幫助國際品牌大廠達成2020年有害化學品零排放的目標。
「超臨界流體染色與機能化同步技術」運用無水染色技術,還能降低化學品與能源的使用,幫助國際品牌大廠達成 2020 年有害化學品零排放的目標。
材料創新即產業創新

「材料有如食材,食材不好,只能加重調味料,但菜未必好吃,而且不健康。」工研院副院長彭裕民為材料領域做了如上註解,「真正好的菜餚,廚師會尊重食材原來獨特的味道,後面的製程也會要求保持原味,重視提味與口感的加乘。」這就是材料創新的價值。 

日本也面臨製造業全球化的問題,但日本的材料領域實力強大,台灣產業鏈至今仍須依賴日本供應材料和關鍵零組件。「僅接單依規格生產的製造業,已難再挑戰高附加價值,產業想要創新必須尋求材料的創新突破,提高材料自主性。」彭裕民認為,下一波產業決勝點在於誰擁有具創新特色的材料。材料和化工是很多技術創新的源頭,從材料造就出來的創新,往往具突破性,是真正的創新。 

循環經濟是台灣產業突破點

循環經濟概念興起,先進國家皆積極投入新世代電子材料、綠色能源材料、高值化學材料及民生福祉相關的關鍵技術開發,以達資源永續。彭裕民認為,循環經濟是重新找尋創新的新機會,目前各國還在起步階段,也是台灣產業較少著墨的領域,透過材料重新設計,讓材料在整個生產與消費系統中有所發揮,建立材料更高的價值,「這對台灣來說,是很好的突破點。」 

展望未來,李宗銘表示,材料科技主導著產品與產業的發展,尤其是新材料開發通常領先科技產品發展 10 年以上,深刻影響著創新科技與工業發展。工研院以深厚研發能量及與學界、業界建立的網絡,建構具競爭力的自主材料技術,投入新世代電子材料、動力電池,高能量固態電池及綠能材料組件、耐高溫防蝕塗料的高值化學材料及綠色循環永續材料之開發,繼續扮演推動台灣產業的前驅者角色,創造出下一波的經濟發展契機。 

轉載自《工業技術與資訊》月刊第 329 期 2019 年 05 月號,未經授權不得轉載。