清大材科系 林樹均教授

1.清大材料系研究領域包括:

●電子材料領域(電子陶瓷、紀錄材料、積體電路材料、半導體材料)

●高性能材料領域(機械材料、微機電材料、能源材料、特殊材料 

  各在研究發展什麼?

2.您認為在高科技產業方面，目前最適合台灣開發的材料關鍵技術有哪些?

3.您的專長在電子用金屬複合材料，這個領域與高科技產業關係密切嗎?有什麼具體的應用呢?

4.未來生醫材料的研發目標之一，在於能夠製造人體結構組織損壞部分的替代品；“智慧材料系統”(intelligent materials systems)便是一項適用的材料。如果我們能夠在引擎底座與吊架系統以“形狀記憶合金”作為調節器(actuators)，避免與外界振動發生共振，就可以用類似的原理設計適用於人體的生醫材料…。“智慧材料”是什麼? “形狀記憶合金”又是什麼?

5.清大材料系課程自大三、大四開始分為(1)機械應用組(2)電子應用組。為什麼要分組呢?對於同學的訓練與養成有什麼目的或幫助?

1.清大材料系研究領域包括:

●電子材料領域(電子陶瓷、紀錄材料、積體電路材料、半導體材料)

●高性能材料領域(機械材料、微機電材料、能源材料、特殊材料)

各在研究發展什麼?

 這些是我們目前教授在做的研究，粗分成這兩個領域。簡單來說我們就是看現在產業在做什麼，我們就會往那方向去做；或是預先做以後產業界會用得到的研究。一個是跟產業潮流在走，一個是領先產業在做研究，都需要有一些基礎，所以我們也很重視基礎的課程。 

電子材料就是電子工業相關的材料。電子陶瓷就是像大哥大中的濾波器或是天線與訊號發射器，電腦電子元件所用的高介電常數材料也是電子陶瓷；紀錄材料就是利用磁、電或光做記憶體，像電腦硬碟、光碟；積體電路材料就是研究各種低介電常數材料、銅導線等；半導體材料就是研究矽半導體、三五族半導體、光電半導體等，用來做電腦線路或光電元件、顯示器等；現在要輕薄短小，都是要從材料製程方面下手。

高性能材料範圍就很廣了，機械材料就是機械構造使用的材料，可能是講究強度或韌性，就是說一個材料能支撐多少力量或是吸收多少能量才會被破壞，當然越強、越韌就越好，也可能講究輕量，如手機或手提電腦外殼使用的鎂合金；微機電材料就是去做很小的元件，就好比注射胰島素，就要做一個很小的機器在人體內，控制一天輸出一點點的量，比如說幾個到幾十個微克，只要元件夠小就不會被身體排斥；能源材料很重要，像大哥大、手提電腦或其他攜帶式機器，都要用到電池，要如何讓能源效率提高，充電一次就能用很久，這就要研究各種電池的效益；特殊材料如特殊的塑膠薄膜、生醫材料、高亂度合金與奈米材料。尤其是現在最熱門的奈米材料，因為預期它能解決很多的問題，所以我們系上有許多教授做奈米相關的研究，其中有一個材料界唯一的追求卓越計畫，一個經濟部學界科專計畫，三個國科會奈米計畫，都是與奈米材料技術相關且在清華材料系執行。除了奈米材料科技以外，本系未來的研究主題重點還有資訊材料科技、通訊材料科技與綠色材料科技。
2.您認為在高科技產業方面，目前最適合台灣開發的材料關鍵技術有哪些?

 在高科技產業中，材料技術愈顯得其重要性，以目前來說，電子相關資訊、通訊與光電產業是台灣最有競爭力的產業，其相關的材料關鍵技術主要有半導體相關製程技術、平面顯示器材料技術、紀錄材料技術、電子構裝材料技術、光電材料技術與電池材料技術，都是值得大力發展；而在未來，生物資訊材料技術與奈米材料技術將有很大發展空間，也值得大家注意。

3.您的專長在電子用金屬複合材料，這個領域與高科技產業關係密切嗎?有什麼具體的應用呢?

 其實我的專長是逐漸在演變，最早是以鋁合金為主，後來變成鋁合金複合材料，再變成電子用金屬基複合材料，主要是銀基與鋁基複合材料，前者是用在高級電接觸開關，也就是要極大電流或電壓的開關；後者是具有良好導熱性與極低熱膨脹，適合用在IC電子構裝上。因為在金屬基複合材料製程中熟習無電鍍技術，而再轉向IC所用的無電鍍銅導線一次製程，用來取代現用的鋁導線製程或是銅導線濺鍍電鍍複合製程；又因為銅製程與低介電常數材料，是整體解決IC因積集度增加造成訊號延遲問題的最佳解決方案，所以又跨入化學氣相沉積低介電常數材料的研究；現在變成是各種薄膜材料技術與性質的研究。雖然如此，我還是在研究材料的製程、結構與性質，只是塊材變成薄膜，構造應用變成電子應用而已；但這種轉變，卻能使學生畢業時，容易找到工作，也較快在電子公司上手。許多同仁與我類似，都是隨者時代潮流演變而調整研究方向；這也是我在前面所說清華材料系雖歷史悠久，但有活力與創新的一個例證。
4.未來生醫材料的研發目標之一，在於能夠製造人體結構組織損壞部分的替代品；“智慧材料系統”(intelligent materials systems)便是一項適用的材料。如果我們能夠在引擎底座與吊架系統以“形狀記憶合金”作為調節器(actuators)，避免與外界振動發生共振，就可以用類似的原理設計適用於人體的生醫材料…。“智慧材料”是什麼? “形狀記憶合金”又是什麼?

 我先講一下“智慧材料”與“形狀記憶合金”， 智慧材料是指能因應週遭環境而產生變化的材料，也就是周圍環境如亮度改變、溫度改變、溼度改變或氣氛改變，而可以產生性質或形狀明顯變化的材料；如煙霧偵測器、火災偵測器、毒氣偵測器，都有這種智慧材料。形狀記憶合金也是一種智慧材料，它能記得高溫母相的形狀，它是一種特殊的相變化。形狀記憶合金從高溫冷卻到低溫，外形沒有改變，但內部已經變成另外一種低溫相；此時我們將它拉長，會保留拉長的形狀；若將它升溫到母相，則會變回未被拉長的母相形狀。最特別的是形狀記憶合金還可以利用高低溫固定形狀往復訓練，而變成可以記得高溫與低溫的形狀。簡單來說，形狀記憶合金可以因溫度變化而產生動作，所以有許多有趣的用途，如溫室天窗利用形狀記憶合金，則可以低溫時窗子自動開小一點，高溫時窗子自動開大一點；其他如記形胸罩、記形眼鏡架、自動乾燥庫與牙齒矯正線等，都是利用形狀記憶合金特性的案例。

在生醫材料材料方面，鎳鈦形狀記憶合金恰好有很好的生物相容性，而可以在心臟動脈做過心導管手術後，用來撐住血管的架子；就是將鎳鈦形狀記憶合金做成的螺旋狀彈簧，先以固定器包住成細小管狀，放入血管中適當位置後，再將固定器抽掉，則因為鎳鈦形狀記憶合金記得人體高溫的擴張形狀，而把血管撐開，避免血管再度狹窄。

5.清大材料系課程自大三、大四開始分為(1)機械應用組(2)電子應用組。為什麼要分組呢?對於同學的訓練與養成有什麼目的或幫助?

這並不是一個強制性的學程分組，現在已經不再特別強調。若學生想往電子應用方面，我們提供了電子應用較必須的相關課程給大家選修；但是我們認為大學部都是基礎，所以有很多基本的課程要修，這只是一個建議，學生也可以跨學程選課。

材料系最基本的入門科目就是大一的材料科學導論，工學院必須的我就不用講，專屬於我們材料的必修學科就有物理冶金、材料熱力學、材料機械性質、材料物理性質等，以及前面所講的三個材料實驗課程。基本上材料系是研究材料如何做出來、如何控制它的性質，並了解彼此的關聯，包括製程、結構、性質等相關課程，瞭解後，希望能解決材料方面的問題、提升材料的性能，甚至創造出新的材料。舉例來說，電子工業革命就是因為高純度矽的發明，而可以拉成12吋單晶，造就現在半導體技術相關產業的蓬勃發展，這主要是材料製程技術的貢獻。