先回到最初,為何會對「化學」有興趣?
你要聽官腔的回答,還是事實?國高中時,我對數學和化學都很有興趣,這兩科成績也比較好。當時班導師提醒我,高中和大學的數學是不一樣的,到了大學之後不見得會覺得有趣。
後來聯考沒有考好,最後分發的志願是暨南國際大學應用化學系,所以這條路也不算我自願的(害羞笑)。不過我本來就對化學很有興趣,那時候,我的夢想是像電影裡的瘋狂科學家,抱著對科學的熱忱,投入純粹的研究。
化學實驗沒做出來很痛苦,有做出來就有成就感,做得不錯就會越來越喜歡。
高分子研究,有哪些產業應用方向?
之前我在美國能源部的洛斯阿拉莫斯國家實驗室時,這個單位主要是依靠基金生存,但要拿到基金非常非常競爭,每個研究都需要跟時代潮流相關、走在產業方向的前端。
那時候我們挑了鋰電池來做,因為它跟能源應用的「儲能」相關,所以我現在的實驗室也研究如何用石墨烯 (Graphene) 打造鋰電池的陽極。
能源相關的研究,還有另一個分支是「節能」。
在這方面,我們實驗室研究的是一個很有趣的高分子,一種含有三苯胺的高分子材料,其化學式為 (C6H5)3N。這種高分子可以變成很薄的薄膜,柔軟、可透光、只有奈米厚度,通電還能變色,這是很酷的事情,可以應用於建築的窗戶。
三苯胺高分子,為何通電後會變色?
(拿出下圖的分子玩具示範)三苯胺原本的結構,有點像直升機的螺旋槳;但通電後,結構會平面化,連帶改變三苯胺高分子的吸收光譜,並吸收部分可見光,因此從透明變成有顏色。
至於不同的三苯胺高分子,通電後會看到什麼顏色,是經過實驗累積得知的,目前已知的實驗結果可參考下圖的調色盤。
三苯胺高分子通電會變色,和節能有什麼關係?
因為含有三苯胺的高分子材料,厚度只有奈米等級,沒通電是透明的,我們就可以把它塗層在建築的窗戶上。
大熱天或西曬的時候,陽光會帶來光和熱,我們就能讓窗戶通電變色,透過變色後的三苯胺高分子塗層可隔絕光線和熱能,這樣室內冷氣就不用開那麼強。另外,不同顏色的智能窗,視覺上也是很繽紛的建築材料,就不一定要裝窗簾。
目前常見的三苯胺高分子材料應用,是汽車的防眩後視鏡。當駕駛員看到後面的車子開大燈,在後視鏡按個鈕,就可以將鏡子通電,讓後照鏡的塗層顏色變深一點來防眩。另外,波音 787 客機也配備類似的通電變色智能窗。
但為什麼三苯胺高分子材料製作的智能窗,現在一般建築不太常看到呢?因為製備成本太高了。不過這種材料很有趣,是我從大學一直做到博士班的題目,來到中研院仍然繼續研究它,未來還有很多應用潛能值得去嘗試。