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薄膜印刷技術為運輸裝置帶來更智慧的外殼設計

上網時間: 2011年01月13日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:汽車  馬達  水冷  照明  LED 

能在在黑暗中發光、可提供更大乘客空間的汽車;可完整監測外殼狀況的飛機和潛艇;以及已經被導彈鎖定的軍用車輛,可望具備摧毀導彈的能力──要實現這一切,都需要為運輸裝置提供更智慧的外殼設計。

今天的汽車外殼是一種不甚聰明的產物:它只不過是用一些彎曲的金屬、玻璃和塑膠材料所製成的一種包裝,用來保護坐在汽車內部的乘客或是貨物。車內的笨重電池和馬達經常會過熱,它們需要使用昂貴和不甚可靠的冷卻技術──通常是水冷──來降溫。然而,隨著人們發展出更多新技術,如太陽能、外部感測以及照明等,這些技術都無法在汽車內部有效地運作,它們需要透過更加智慧的外殼來實現。舉例來說,美國國防部已經制定了一項計劃,可用於對採用智慧外殼之飛機的整體外部結構進行即時監控。

目前,業界已經出現了許多能讓未來的運輸裝置外殼變得更加智慧的技術,如多層、共形電氣和電子產品等。另一方面,透過採用薄膜和印刷技術,諸如平面電動馬達和本地化懸吊系統,以及輪內控制等技術也變得更加切實可行。

機械聯動和傳動系統可能會被淘汰,進而節省成本和空間,並提高可靠性。

換句話說,多層印刷可取代汽車中沉重、昂貴的銅線,讓厚重的天花板和汽車儀表板成為多層層壓板。Schreiner公司已經為BMW汽車提供了當車門打開時會發亮的貼花印刷技術,同時,BMW也正準備採用能夠從引擎和排放獲取熱能的流線型汽車熱電產生器(ATEG)。在汽車照明應用中,發光二極體的壽命已經提高了十倍。事實上,目前最薄的LCD TV也是採用LED背光。但大面積交流電致發光以及OLED照明和顯示等技術的壽命問題也正逐步被克服。

德州大學奧斯汀分校的‘分子開關’印刷層具備模擬植物採集光源並轉換成能源的潛力。其能源可以直接自太陽取得,而不是透過玉米等低效率的生物燃料來獲得。

綜合以上提及的技術進展,我們的確可以相信,更智慧的外殼設計將為陸地、海上和空中的運輸裝置節省更多空間、成本、重量和能源,同時可增加更多新功能。例如,若一輛卡車或飛機能在黑暗中發光,它們將更容易被辨認,並避免意外。另外,若一輛汽車的整個外殼都可用來發電,那麼它能產生的電力可能會是目前一些在車頂裝設太陽能板汽車的十倍之多。

運用新技術可提供的好處不僅於此。我們還可以從汽車的窗戶或照明等透明印刷層中產生電力。目前,台灣、日本和全球許多地區的實驗室,都已展示了透明和半導明的無機和有機太陽光電印刷技術。對所謂的智慧型外殼而言,這些技術相當重要。

目前已經有一些印刷的太陽能電池具備了外部的透明電晶體,可用來控制光譜響應。透明的太陽能電池可以在透明的發光表面上加以分層。日本NEC公司正在開發透明的可充電電池層以及透明的OLED顯示裝置,能方便地運用透明太陽能電池所產生的微小DC電壓來運作。

乍看之下,將擔負一些運算的大腦型裝置和電源等設計在汽車外殼,讓它們直接面對衝擊的做法似乎不大妥當,但事實卻不像聽起來那麼糟。在淘汰了濕式電解液之後,也同步消除了濕式化學物品可能帶來的危險。這使其適用於包括染料敏化電池(Dye Sensitised Solar Cells, DSSC)、超級電容器,以及稱之為超電容電池(supercabatteries)的混合型超級電容電池架構。另外,新一代的設計也不再使用有毒物質了。

仿生學(Biomimetics)也將發揮作用,就像人類大腦總有多餘的部份,今天我們在軍艦或飛機上,通常也會看到冗餘的電源和電路。大部份這些組件都具有更大的損傷容限,就像鳥類,失去一些羽毛仍然可以飛翔,而人手若僅失去部份作用,也仍可能保留觸覺。

那麼,能抵禦導彈侵襲的汽車外殼有可能實現嗎?根據歐洲最近的研究,‘電能盔甲’(Electric Armor)將是一種能保護汽車,使其免於被穿透性爆破損壞的極具經濟效益的方法。

傳統的厚鋼板裝甲被電容器層取代──兩個導電層被一個絕緣體隔開。當彈頭要穿透智慧型外殼時,它便會關閉電路並使電容放電以抵禦攻擊。這項研究是由英國的BMT Defence Services為歐洲國防署(European Defence Agency)而進行的。

英國陸軍的新型裝甲車很可能配備來自國家科學與科技實驗室(DSTL)的電能盔甲,以抵抗火箭手榴彈的攻擊。DSTL已經開發出一個重僅兩噸,但卻與搭載額外10~20噸鋼鐵盔甲裝備具有同樣保護效果的系統,能夠將火箭手榴彈攻擊的影響降至幾乎為零的程度。透過各種更加智慧的運輸裝置外殼技術不斷問世,未來我們將看到更多的魔法成為可能。

作者:Peter Harrop / Chairman, IDTechEx

編譯: Joy Teng





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