12-1 黃昆平:用鉛筆裡的石墨,改變世界能源的運用方式

 首頁 院友點滴 工研院小故事 Vol. 12 12-1 黃昆平:用鉛筆裡的石墨,改變世界能源的運用方式

讓黃昆平獲獎的石墨烯,其實是日常生活就會接觸到的物質,當我們用鉛筆在紙上塗鴉,黑色的筆跡裡,就含有許多石墨烯。2004年Konstantin Novoselov用很簡單的方式:以3M膠帶沾黏石墨片上的碳粉,再針對膠帶上的石墨烯物質進行分析,發現許多讓人振奮的物理性質,於2010年獲得諾貝爾獎殊榮。

石墨烯的導電性極佳,可應用在一般的薄膜太陽能上,不同於傳統IPO或FTO透明導電層,雖然透明度佳,但屬陶瓷材料,無法彎曲,石墨烯有優異的彎折性,怎麼彎都不會破,還兼具高透明度,未來可應用在可撓性石墨烯基板上。高品質石墨烯粉能小於50奈米,光激發產生的電流量較大,在發電時也會有較好的表現。

由於石墨烯是一種單原子組成的材料,以原子數累進的方式進行,有生成緩慢的問題,用既有設備做單原子組成,又有困難。這時,工研院機械所的優勢顯現,黃昆平與團隊索性自行開發實驗設備,製造出高品質的石墨烯粉末,因此獲獎。

石墨烯薄膜的潛力無窮,他國廠商早已投入研發,卻面臨薄膜在轉印過程中,容易因為機械應力而破裂的問題。溶解催化劑「銅」的過程,也常出現化學殘留,除非克服這兩個問題,否則石墨烯薄膜還無法應用在實際產品上。

一般石墨烯必須在有催化效應的銅上才能長出,工研院的薄膜可以直接長在絕緣器材上。但工研院仍有瓶頸待突破,比如薄膜的介面邊界過多,造成組織下降困難,還有石墨烯粉末產量有限的問題。

石墨烯粉末產量問題,已有一線曙光,若能成功解決,電池的充電時間將大幅降低,從一兩個小時縮短為一兩分鐘,可說是革命性的突破。

投入石墨烯研究快五年,黃昆平用日本發明家的一句話:『當世界都用我發明的產品,就是人生最大的快樂!』勉勵自己,若能讓電動車快速充電,改變汽車產業,降低二氧化碳排放量,對社會將是極大的貢獻。