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新多孔聚合物是一種威力強大的超級電容

only-perception
・2011/09/03 ・849字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 523 ・七年級

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 對未來的電動車、強大的筆電以及其他可攜式裝置而言,我們需要新一代能源儲存材料,那比當前的可充電式電池更適合現代的需求。已知符合此需求的最佳材料是超級電容(supercapacitors)。一個由日本岡崎市,自然科學研究機構(National Institutes of Natural Sciences,NINS) 的 Dinglin Jiang 所領導的團隊,現在在 Angewandte Chemie 期刊中介紹一種新材料,具優異的超級電容特性。

零排放的電動車適合在市內到處開;然而,對於長途駕駛來說,事情並非如此。問題根源於只能儲存少量的能源,在需要重新充電之前所能涵蓋的(行駛)距離不遠,那限制車輛的速度與加速。超級電容能夠克服這些挑戰,因為它們結合早期電容器與電池的優點:如同一個電容器,它們能依需傳遞高電流密度,又像個電池可儲存大量電能。

超級電容的運作時是透過一種與可充電式電池不一樣的電荷儲存原理,以及電極上之電化學雙層的組成,電極則被電解質浸濕。當施加一電壓時,電荷相反的離子聚集在電極二端,形成非常薄的(wafer-thin)固定化電荷載體區(zones of immobilized charge carriers)。相較於電池,那只有電荷的移動,並沒有發生化學變化。適合超級電容的材料百百種,不過真正完美的材料目前仍未被發現。在日本的研究者,沿著這條路線,到達一個重要的里程碑。

這裡有種材料,具有趣的特性:特殊的多孔、如框架般的有機聚合物。它們的雙鍵以某種方式排列,使得它們的某些電子能自由地移動,如『電子雲』般延伸到超過框架之外的區域。這樣的材料因而能導電。在孔內,有大的內表面積(inner surface area)對於靜電電荷分離層(electrostatic charge-separation layers)的形成很重要。Jiang 以及他的團隊現在合成出一種包含氮的框架,其孔的的大小最適合讓離子快速流進流出 — 此為迅速充、放電所需。氮中心與電解質離子進行交互作用,因而有利於電荷的累積與離子的移動。

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這些互異有利特性之間的相互作用,使這種新材料具有不尋常的高電荷儲存能力以及高能量密度。Jiang 及其共同研究者能夠證明,他們的多孔框架能承受許多次充/放電循環。

資料來源:New rechargeable batteries needed: A microporous polymer is an unusually powerful supercapacitor [August 23, 2011]

原發表於 Only Perception

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only-perception
153 篇文章 ・ 1 位粉絲
妳/你好,我是來自火星的火星人,畢業於火星人理工大學(不是地球上的 MIT,請勿混淆 :p),名字裡有條魚,雖然跟魚一點關係也沒有,不過沒有關係,反正妳/你只要知道我不是地球人就行了... :D

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從PD-L1到CD47:癌症免疫療法進入3.5代時代
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/25 ・4544字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文與 TRPMA 台灣研發型生技新藥發展協會合作,泛科學企劃執行

如果把癌細胞比喻成身體裡的頭號通緝犯,那誰來負責逮捕?

許多人第一時間想到的,可能是化療、放療這些外來的「賞金獵人」。但其實,我們體內早就駐紮著一支最強的警察部隊「免疫系統」。

既然「免疫系統」的警力這麼堅強,為什麼癌症還是屢屢得逞?關鍵就在於:癌細胞是偽裝高手。有的會偽造「良民證」,騙過免疫系統的菁英部隊;更厲害的,甚至能直接掛上「免查通行證」,讓負責巡邏的免疫細胞直接視而不見,大搖大擺地溜過。

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過去,免疫檢查點抑制劑的問世,為癌症治療帶來突破性的進展,成功撕下癌細胞的偽裝,也讓不少患者重燃希望。不過,目前在某些癌症中,反應率仍只有兩到三成,顯示這條路還有優化的空間。

今天,我們要來聊的,就是科學家如何另闢蹊徑,找出那些連「通緝令」都發不出去的癌細胞。這個全新的免疫策略,會是破解癌症偽裝的新關鍵嗎?

科學家如何另闢蹊徑,找出那些連「通緝令」都發不出去的癌細胞。這個全新的免疫策略,會是破解癌症偽裝的新關鍵嗎?/ 圖片來源:shutterstock

免疫療法登場:從殺敵一千到精準出擊

在回答問題之前,我們先從人類對抗癌症的「治療演變」說起。

最早的「傳統化療」,就像威力強大的「七傷拳」,殺傷力高,但不分敵我,往往是殺敵一千、自損八百,副作用極大。接著出現的「標靶藥物」,則像能精準出招的「一陽指」,能直接點中癌細胞的「穴位」,大幅減少對健康細胞的傷害,副作用也小多了。但麻煩的是,癌細胞很會突變,用藥一段時間就容易產生抗藥性,這套點穴功夫也就漸漸失靈。

直到這個世紀,人類才終於領悟到:最強的武功,是驅動體內的「原力」,也就是「重新喚醒免疫系統」來對付癌症。這場關鍵轉折,也開啟了「癌症免疫療法」的新時代。

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你可能不知道,就算在健康狀態下,平均每天還是會產生數千個癌細胞。而我們之所以安然無恙,全靠體內那套日夜巡邏的「免疫監測 (immunosurveillance)」機制,看到癌細胞就立刻清除。但,癌細胞之所以難纏,就在於它會發展出各種「免疫逃脫」策略。

免疫系統中,有一批受過嚴格訓練的菁英,叫做「T細胞」,他們是執行最終擊殺任務的霹靂小組。狡猾的癌細胞為了躲過追殺,會在自己身上掛出一張「偽良民證」,這個偽裝的學名,「程序性細胞死亡蛋白配體-1 (programmed death-ligand 1, PD-L1) 」,縮寫PD-L1。

當T細胞來盤查時,T細胞身上帶有一個具備煞車功能的「讀卡機」,叫做「程序性細胞死亡蛋白受體-1 (programmed cell death protein 1, PD-1) 」,簡稱 PD-1。當癌細胞的 PD-L1 跟 T細胞的 PD-1 對上時,就等於是在說:「嘿,自己人啦!別查我」,也就是腫瘤癌細胞會表現很多可抑制免疫 T 細胞活性的分子,這些分子能通過免疫 T 細胞的檢查哨,等於是通知免疫系統無需攻擊的訊號,因此 T 細胞就真的會被唬住,轉身離開且放棄攻擊。

這種免疫系統控制的樞紐機制就稱為「免疫檢查點 (immune checkpoints)」。而我們熟知的「免疫檢查點抑制劑」,作用就像是把那張「偽良民證」直接撕掉的藥物。良民證一失效,T細胞就能識破騙局、發現這是大壞蛋,重新發動攻擊!

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狡猾的癌細胞為了躲過追殺,會在自己身上掛出一張「偽良民證」,也就是「程序性細胞死亡蛋白配體-1 (programmed death-ligand 1, 縮寫PD-L1) 」/ 圖片來源:shutterstock

目前免疫療法已成為晚期癌症患者心目中最後一根救命稻草,理由是他們的體能可能無法負荷化療帶來的副作用;標靶藥物雖然有效,不過在用藥一段期間後,終究會出現抗藥性;而「免疫檢查點抑制劑」卻有機會讓癌症獲得長期的控制。

由於免疫檢查點抑制劑是借著免疫系統的刀來殺死腫瘤,所以有著毒性較低並且治療耐受性較佳的優勢。對免疫檢查點抑制劑有治療反應的患者,也能獲得比起化療更長的存活期,以及較好的生活品質。

不過,儘管免疫檢查點抑制劑改寫了治癌戰局,這些年下來,卻仍有些問題。

CD47來救?揭開癌細胞的「免死金牌」機制

「免疫檢查點抑制劑」雖然帶來治療突破,但還是有不少挑戰。

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首先,是藥費昂貴。 雖然在台灣,健保於 2019 年後已有條件給付,但對多數人仍是沉重負擔。 第二,也是最關鍵的,單獨使用時,它的治療反應率並不高。在許多情況下,大約只有 2成到3成的患者有效。

換句話說,仍有七到八成的患者可能看不到預期的效果,而且治療反應又比較慢,必須等 2 至 3 個月才能看出端倪。對患者來說,這種「沒把握、又得等」的療程,心理壓力自然不小。

為什麼會這樣?很簡單,因為這個方法的前提是,癌細胞得用「偽良民證」這一招才有效。但如果癌細胞根本不屑玩這一套呢?

想像一下,整套免疫系統抓壞人的流程,其實是這樣運作的:當癌細胞自然死亡,或被初步攻擊後,會留下些許「屍塊渣渣」——也就是抗原。這時,體內負責巡邏兼清理的「巨噬細胞」就會出動,把這些渣渣撿起來、分析特徵。比方說,它發現犯人都戴著一頂「大草帽」。

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接著,巨噬細胞會把這個特徵,發布成「通緝令」,交給其他免疫細胞,並進一步訓練剛剛提到的菁英霹靂小組─T細胞。T細胞學會辨認「大草帽」,就能出發去精準獵殺所有戴著草帽的癌細胞。

當癌細胞死亡後,會留下「抗原」。體內的「巨噬細胞」會採集並分析這些特徵,並發布「通緝令」給其它免疫細胞,T細胞一旦學會辨識特徵,就能精準出擊,獵殺所有癌細胞。/ 圖片來源:shutterstock

而PD-1/PD-L1 的偽裝術,是發生在最後一步:T 細胞正準備動手時,癌細胞突然高喊:「我是好人啊!」,來騙過 T 細胞。

但問題若出在第一步呢?如果第一關,巡邏的警察「巨噬細胞」就完全沒有察覺這些屍塊有問題,根本沒發通緝令呢?

這正是更高竿的癌細胞採用的策略:它們在細胞表面大量表現一種叫做「 CD47 」的蛋白質。這個 CD47 分子,就像一張寫著「自己人,別吃我!」的免死金牌,它會跟巨噬細胞上的接收器─訊號調節蛋白α (Signal regulatory protein α,SIRPα) 結合。當巨噬細胞一看到這訊號,大腦就會自動判斷:「喔,這是正常細胞,跳過。」

結果會怎樣?巨噬細胞從頭到尾毫無動作,癌細胞就大搖大擺地走過警察面前,連罪犯「戴草帽」的通緝令都沒被發布,T 細胞自然也就毫無頭緒要出動!

這就是為什麼只阻斷 PD-L1 的藥物反應率有限。因為在許多案例中,癌細胞連進到「被追殺」的階段都沒有!

為了解決這個問題,科學家把目標轉向了這面「免死金牌」,開始開發能阻斷 CD47 的生物藥。但開發 CD47 藥物的這條路,可說是一波三折。

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不只精準殺敵,更不能誤傷友軍

研發抗癌新藥,就像打造一把神兵利器,太強、太弱都不行!

第一代 CD47 藥物,就是威力太強的例子。第一代藥物是強效的「單株抗體」,你可以想像是超強力膠帶,直接把癌細胞表面的「免死金牌」CD47 封死。同時,這個膠帶尾端還有一段蛋白質IgG-Fc,這段蛋白質可以和免疫細胞上的Fc受體結合。就像插上一面「快來吃我」的小旗子,吸引巨噬細胞前來吞噬。

問題來了!CD47 不只存在於癌細胞,全身上下的正常細胞,尤其是紅血球,也有 CD47 作為自我保護的訊號。結果,第一代藥物這種「見 CD47 就封」的策略,完全不分敵我,導致巨噬細胞連紅血球也一起攻擊,造成嚴重的貧血問題。

這問題影響可不小,導致一些備受矚目的藥物,例如美國製藥公司吉立亞醫藥(Gilead)的明星藥物 magrolimab,在2024年2月宣布停止開發。它原本是預期用來治療急性骨髓性白血病(AML)的單株抗體藥物。

太猛不行,那第二代藥物就改弱一點。科學家不再用強效抗體,而是改用「融合蛋白」,也就是巨噬細胞身上接收器 SIRPα 的一部分。它一樣會去佔住 CD47 的位置,但結合力比較弱,特別是跟紅血球的 CD47 結合力,只有 1% 左右,安全性明顯提升。

像是輝瑞在 2021 年就砸下 22.6 億美元,收購生技公司 Trillium Therapeutics 來開發這類藥物。Trillium 使用的是名為 TTI-621 和 TTI-622 的兩種融合蛋白,可以阻斷 CD47 的反應位置。但在輝瑞2025年4月29號公布最新的研發進度報告上,TTI-621 已經悄悄消失。已經進到二期研究的TTI-622,則是在6月29號,研究狀態被改為「已終止」。原因是「無法招募到計畫數量的受試者」。

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但第二代也有個弱點:為了安全,它對癌細胞 CD47 的結合力,也跟著變弱了,導致藥效不如預期。

於是,第三代藥物的目標誕生了:能不能打造一個只對癌細胞有超強結合力,但對紅血球幾乎沒反應的「完美武器」?

為了找出這種神兵利器,科學家們搬出了超炫的篩選工具:噬菌體(Phage),一種專門感染細菌的病毒。別緊張,不是要把病毒打進體內!而是把它當成一個龐大的「鑰匙資料庫」。

科學家可以透過基因改造,再加上AI的協助,就可以快速製造出數億、數十億種表面蛋白質結構都略有不同的噬菌體模型。然後,就開始配對流程:

  1. 先把這些長像各異的「鑰匙」全部拿去試開「紅血球」這把鎖,能打開的通通淘汰!
  2. 剩下的再去試開「癌細胞」的鎖,從中挑出結合最強、最精準的那一把「神鑰」!

接著,就是把這把「神鑰」的結構複製下來,大量生產。可能會從噬菌體上切下來,或是定序入選噬菌體的基因,找出最佳序列。再將這段序列,放入其他表達載體中,例如細菌或是哺乳動物細胞中來生產蛋白質。最後再接上一段能號召免疫系統來攻擊的「標籤蛋白 IgG-Fc」,就大功告成了!

目前這領域的領頭羊之一,是美國的 ALX Oncology,他們的產品 Evorpacept 已完成二期臨床試驗。但他們的標籤蛋白使用的是 IgG1,對巨噬細胞的吸引力較弱,需要搭配其他藥物聯合使用。

而另一個值得關注的,是總部在台北的漢康生技。他們利用噬菌體平台,從上億個可能性中,篩選出了理想的融合蛋白 HCB101。同時,他們選擇的標籤蛋白 IgG4,是巨噬細胞比較「感興趣」的類型,理論上能更有效地觸發吞噬作用。在臨床一期試驗中,就展現了單獨用藥也能讓腫瘤顯著縮小的效果以及高劑量對腫瘤產生腫瘤顯著部分縮小效果。因為它結合了前幾代藥物的優點,有人稱之為「第 3.5 代」藥物。

除此之外,還有漢康生技的FBDB平台技術,這項技術可以將多個融合蛋白「串」在一起。例如,把能攻擊 CD47、PD-L1、甚至能調整腫瘤微環境、活化巨噬細胞與T細胞的融合蛋白接在一起。讓這些武器達成 1+1+1 遠大於 3 的超倍攻擊效果,多管齊下攻擊腫瘤細胞。

結語

從撕掉「偽良民證」的 PD-L1 抑制劑,到破解「免死金牌」的 CD47 藥物,再到利用 AI 和噬菌體平台,設計出越來越精準的千里追魂香。 

對我們來說,最棒的好消息,莫過於這些免疫療法,從沒有停下改進的腳步。科學家們正一步步克服反應率不足、副作用等等的缺點。這些努力,都為癌症的「長期控制」甚至「治癒」,帶來了更多的希望。

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針織式超級電容器,在智慧衣裡儲存電力
PanSci_96
・2016/03/12 ・1930字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 553 ・八年級

本文由科技部補助,泛科學獨立製作

文/李允誠

Zypad
穿戴式科技席捲了近幾年的科技市場,而其中正在起步的智慧衣,或許會是未來的必備商品。source:wiki

穿戴式裝置正火紅,除了智慧手錶、智慧手環等常見的穿戴裝置,你知道還有智慧衣嗎?相較於智慧手錶或手環,智慧衣能更貼近、更大範圍的覆蓋人體,在生理檢測上,能比手環類產品來的準確。但若要能夠檢測,智慧衣就得通電,目前市面上的智慧衣仍需要額外的供電裝置(像是固體電池等)來供給電力,不但累贅,也降低了穿戴舒適性。

超級電容器供電於無形之中

美國卓克所大學(Drexel University)近期和美國海軍學院合作了一項研究計畫,他們找出一種方式,能夠讓活性碳顆粒嵌入不同類型的毛線中,藉此可儲存能量,進而觸發感測器及電子整合裝置,並將這類針織品改良而成智慧衣。

這些由不同類型感測元件製成的「智慧布料」,其實已經發展十年之久。但以往這些產品往往都只是實驗室裡的展示品,近幾年才開始進入消費者市場,像是能夠監控運動員生理狀況的智慧穿戴裝置,以及追蹤健康與身心狀況的產品。根據 Gartner 在 2014 年底的報告指出,智慧服裝的市場將會從 2014 年的十萬件,成長到 2016 年的兩千六百萬之譜。

直至目前為止,市面上多數產品皆會利用額外的處理裝置來做資料擷取,並和智慧手機、平板等行動裝置連結。這些處理裝置的模組雖然不大,但仍必須使用傳統電池供給電力,從美學或是功能的角度來看,這樣的設計其實都不盡理想。

因此,創造一個高彈性,且能整合到針織品的能量儲存器一直是相關研究人員的目標。終於在去年,來自中國與美國的研究團隊有了一些成果,他們分別展示了由石墨與碳奈米管製成,且能編織進服飾的纖維狀超級電容器。當時的報導指出,這些以碳為基礎的微型超級電容器,每個纖維擁有最高的體積能量密度(每小時 6.3 微瓦/每立方毫米,相當於一個 4 伏特,每小時 500 微安培的電池)。但是這些產品雖然看似強大,其造價卻相當昂貴,而且碳奈米管可能含有毒性的疑慮尚未被排除,再再都降低了此產品的商業價值。

關鍵因子:活性碳、天然纖維焊接與離子液體

為了能夠創造出不需外在裝置、成本低廉的能量儲存裝置,卓克斯大學的團隊開始採用價格便宜的活性碳。除了便宜外,活性碳安全無毒,甚至常常被用於減少有毒物質的吸收。根據卓克斯大學材料科學家 Yury Gogotsi 表示,只要使用約 3000 平方公分的面積(相當於襯衫背部中央區塊的大小),便能儲存相當於一個 4 平方公分大小的錢幣型電池的電力。

為了達到這樣的能量密度,該團隊採用一種叫做天然纖維焊接的技術(Natural Fiber Welding,NFW),這種技術是由美國海軍學院的化學教授 Paul C. Trulove 與空軍辦公室的科學研究部的 Hugh C. Delong 發明。NFW 可讓像是活性碳等材料,嵌入由棉、麻、竹子或人造絲製成的紗布、織品。

NFW 技術雖然複雜,但在卓克斯大學與海軍學院團隊的努力下,它們製造出一台專門用於NFW 的機器,能夠持續的生產出數十米的紗布。「真正需要成本的只有 NFW 過程中所需的離子液體」海軍學院總司令 David P. Durkin 說:「它們雖然昂貴,卻是非常優異的替代有機溶劑,因為它們不會揮發,甚至可以在水中重建,進而回收」,Durkin 認為,如果NFW技術被規模化,那麼離子液體的成本將會是一項關鍵因素

電力供給效能尚待解決

針織毛毛
在現有技術下,能量儲存紡織品的所能供給的電力其實並不多,像智慧手機等行動產品可能都不敷使用,但還是有許多其他應用可以受惠於這類紡織品。(圖片來源:撰稿團隊)

在現有技術下,能量儲存紡織品的所能供給的電力其實並不多,像智慧手機等行動產品可能都不敷使用,但還是有許多其他應用可以受惠於這類紡織品。卓克斯大學博士生 Kristy Jost 解釋道,現在市面上有越來越多的電子紡織品,但多數產品仍需藉由固體電池來提供電力,針對此點,她致力於儲能紡織品的研發,最終目標是希望生產出一種能量儲存裝置,能夠驅動相關電子產品,像是針織感測器、低功率的通信設備等。
相較智慧手錶、手環等較為 High-Tech 的產品,智慧衣則 High-Touch 多了,不但能夠真正「穿」在身上,也能提供更準確的生理數值。在娛樂價值上,模特兒與藝人也能穿著智慧衣,在表演時展現更多炫麗的特效,增加娛樂效果。只要能夠解決電力供應的缺點,相信在 2016 年達成兩千六百萬件的市場規模絕對不是問題。

(本文由科技部補助「新媒體科普傳播實作計畫-智慧生活與前沿科技科普知識教育推廣」執行團隊撰稿)

責任編輯:鄭國威
審校:陳妤寧

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新多孔聚合物是一種威力強大的超級電容
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・2011/09/03 ・849字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 523 ・七年級

 對未來的電動車、強大的筆電以及其他可攜式裝置而言,我們需要新一代能源儲存材料,那比當前的可充電式電池更適合現代的需求。已知符合此需求的最佳材料是超級電容(supercapacitors)。一個由日本岡崎市,自然科學研究機構(National Institutes of Natural Sciences,NINS) 的 Dinglin Jiang 所領導的團隊,現在在 Angewandte Chemie 期刊中介紹一種新材料,具優異的超級電容特性。

零排放的電動車適合在市內到處開;然而,對於長途駕駛來說,事情並非如此。問題根源於只能儲存少量的能源,在需要重新充電之前所能涵蓋的(行駛)距離不遠,那限制車輛的速度與加速。超級電容能夠克服這些挑戰,因為它們結合早期電容器與電池的優點:如同一個電容器,它們能依需傳遞高電流密度,又像個電池可儲存大量電能。

超級電容的運作時是透過一種與可充電式電池不一樣的電荷儲存原理,以及電極上之電化學雙層的組成,電極則被電解質浸濕。當施加一電壓時,電荷相反的離子聚集在電極二端,形成非常薄的(wafer-thin)固定化電荷載體區(zones of immobilized charge carriers)。相較於電池,那只有電荷的移動,並沒有發生化學變化。適合超級電容的材料百百種,不過真正完美的材料目前仍未被發現。在日本的研究者,沿著這條路線,到達一個重要的里程碑。

這裡有種材料,具有趣的特性:特殊的多孔、如框架般的有機聚合物。它們的雙鍵以某種方式排列,使得它們的某些電子能自由地移動,如『電子雲』般延伸到超過框架之外的區域。這樣的材料因而能導電。在孔內,有大的內表面積(inner surface area)對於靜電電荷分離層(electrostatic charge-separation layers)的形成很重要。Jiang 以及他的團隊現在合成出一種包含氮的框架,其孔的的大小最適合讓離子快速流進流出 — 此為迅速充、放電所需。氮中心與電解質離子進行交互作用,因而有利於電荷的累積與離子的移動。

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這些互異有利特性之間的相互作用,使這種新材料具有不尋常的高電荷儲存能力以及高能量密度。Jiang 及其共同研究者能夠證明,他們的多孔框架能承受許多次充/放電循環。

資料來源:New rechargeable batteries needed: A microporous polymer is an unusually powerful supercapacitor [August 23, 2011]

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超乎想像的織物!當紡織與電子科技融合:智慧儲能與發光系統
創新科技專案 X 解密科技寶藏_96
・2015/03/23 ・1718字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 524 ・七年級

文\王昱夫

能源和環境無疑是近年來大家最關注的話題之一,電動車更是其中常常被拿出來討論的選項,然而,這類電力產品長久以來無法普及的ㄧ大困難點,就在於充電時間太長,想像一部車開進充電站,卻要花上半小時時間充飽電才能再上路(而且還沒辦法像用油一樣開那麼遠,很快又得找站充電),簡直讓人受不了。針對這樣的問題,紡織產業綜合研究所開發的「超級電容」,不但能夠滿足快速充放電的需求,更可以和紡織技術結合,開創出全新的市場!

紡織所開發的「織物超級電容」,曾在2011年榮獲R&D100大獎(此獎項素有「產業創新奧斯卡獎的美譽」)。其特色在於具備高度柔軟性(可180度折疊)、高穩定度、長壽命、快充快放及大容量,可以有效與自行車發電系統、太陽能電池做結合,成為高度生活化且應用性高的產品。

織物超級電容為什麼可以擁有這麼多優異的性質呢?其最創新之處便在於它使用了紡織材料作為電容的基材!是的,你沒看錯,是紡織材料!捨棄了以往電子材料總是硬梆梆的刻板印象,研究團隊採用了柔軟可撓的紡織物支撐整個電容結構,於其中灌注特定比例的電解質溶液後加以真空封裝,做成這片厲害的超級電容。也由於是使用紡織品材料,整片電容就像衣服一樣,可以隨意的扭曲、搓揉,當筆者親手拿著它把玩!簡直難以想像傳統的電子元件竟然能以如此特別的型態被製造出來!

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紡織所沈乾龍組長向我們介紹LED紗線的構想。
紡織所沈乾龍組長向我們介紹LED紗線的構想。

「我們採用紡織材料來做,就是因為它具有好的可撓性和多孔性結構」受訪的蔡副組長向我們解釋道。有了好的可撓性這項產品的應用便不受限於傳統的空間限制,可以把它彎曲、塞在很小的空間內,或是放在背包、衣物這種需要高柔軟性的物品上,與穿戴式裝置做結合。除了可撓這項大特色之外,織物超級電容比起傳統的電容在性能上更絲毫不遜色!它的充放電速度接近傳統電池的100倍,同時,它比起一般電容,不但漏電速度慢,其壽命甚至可以經歷將近10萬次重複充放電(普通電池充放電壽命約300~500次)!這些特點結合起來,未來或許就能與前面提到的電動車輛做結合,達成快速充放電電力車的願景。

紡織所蔡杰燊副組長。
紡織所蔡杰燊副組長。

在應用面上,紡織產業綜合研究所也研發了特殊的LED紗線作為目前市場化供應的第一步。LED紗線和傳統的LED不一樣,也是強調「以紡織材料為主體」的產品,透過高度技術織造,具備比起傳統電線更高的承重力,也可以像一般衣物一樣耐水洗;值得一提的是,紡織所開發的這款LED紗線不像一般的LED燈有方向性(只有一個方向發光),360度全方位可發光,不論從哪端看都可以看到亮光!而且,紗線本身材質的導光效能也很好,可以讓整條線均勻發光,提高其應用性。

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織物超級電容是由織品為基材,加入電解質之後封裝而成。
織物超級電容是由織品為基材,加入電解質之後封裝而成。

從產品端來看,目前織物超級電容已應用於自行車與太陽能供電裝置:由於這類發電來源其供電量往往不穩定(人踩的速度不可能一直固定嘛@@太陽也不會一直在頭頂~),如果直接把發的電接到要使用電的裝置上(像是車燈或手機充電裝置),效果可能不好(燈一下暗一下亮)或甚至會損傷器材(手機壞掉),所以這時候,就輪到超級電容出馬了!發揮它快速充電的特點,在發電時快速將電力儲存於電容內,再以固定的輸出量供電給要使用的裝置,達到好的電力運用(智慧儲能的概念啊!)。LED紗線則是可以運用在安全警示,與智慧型穿戴裝置做結合,結合這兩項技術,說不定未來,能夠像「布」一樣隨身攜帶的螢幕,也不再是天馬行空了呢!

LED紗線。
LED紗線。

33_01代表照

紡織業以往被大家視為傳統產業,很難和最新科技這類的詞彙聯想在一起,然而,紡織所開發的智慧型儲能及發光織品,卻讓我們都著實大吃了一驚!紡織如此柔軟的材料,在與電子科技結合後,開創出了新的ㄧ片藍海!

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團隊照
紡織產業綜合研究所研究團隊。

更多資訊請參考解密科技寶藏

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創新科技專案 X 解密科技寶藏_96
81 篇文章 ・ 3 位粉絲
由 19 個國家級產業科技研發機構,聯手發表「創新科技專案」超過 80 項研發成果。手法結合狂想與探索,包括高度感官互動的主題式「奇想樂園」區,以及分享科技新知與願景的「解密寶藏」區。驚奇、專業與創新,激發您對未來的想像與憧憬!