具備能因應環境變化等特性的智慧材料(smart materials),在航太以及國防產業有廣泛的應用;而根據市場研究機構Grand View Research的估計,這兩個領域將會是推動全球智慧材料市場在2025年達到982億美元規模的關鍵。

不過要開發這類新材料,會是一個典型的「雞生蛋、蛋生雞」問題。需求會是推動更高階、更智慧之物質的驅動力,但為了資助技術開發,業者與研究機構又要能更清楚了解需求。

智慧材料能偵測大氣壓力、溫度、濕度、酸鹼值、電場、磁場、光強度以及生物化學反應等等變化,可靠且具成本效益;舉例來說,越來越受到終端使用者歡迎的壓電材料(piezoelectric materials),在近幾年成為智慧材料產業成長的關鍵因素。

壓電材料已經被應用在智慧武器系統,航太產業也正在尋求使用智慧材料以提升整體系統性能水準與燃油效率。例如美國國防部高等研究計畫署(DARPA)開發的「極精準特種任務軍械」(The Extreme Accuracy Tasked Ordnance,EXACTO)子彈,就利用了智慧致動器(actuator)。

智慧材料能徹底改革未來的武器製造,美國太空總署(NASA)就在尋找能偵測並預防腐蝕的物質,以延長零組件與結構的壽命,並降低檢查與維修成本。

「在未來,隨著製造技術演進,新材料的研發與製造也會持續進步;」美國的材料製造商Advanced Polymer Monitoring Technologies (APMT)執行長Alex Reed在一篇發表於《IndustryWeek》的文章中寫道:「那些材料大多數是以聚合物(polymer)為基礎,將催生下一代的消費性與工業應用產品。」他並指出,就像工業製程朝向「智慧化」發展,材料也正在走向類似的智慧化之路,變得更客製化、更針對特定應用。

壓電材料一直被應用於開發更高效率、更節能的裝置;正推動各種計畫以促進非石化燃料能源之採用的各國政府與私人企業,激勵了市場對包括壓電材料在內的智慧材料需求。智慧材料正處於不同的發展階段,但Grand View的研究指出,有幾項因素阻礙了該市場的進展。

其一是在設計與製造智慧系統的過程中缺乏高階專業知識,這會對市場的進一步成長帶來負面影響。其次。相關裝置的商業化可行性有限,再加上終端使用者缺乏相關認知,也會限制市場的發展。

目前有NASA等組織正在與具潛力的開發者合作,推動智慧材料技術演進。例如NASA的技術轉移專案(Technology Transfer Program),就在尋找夥伴改善形狀記憶合金(shape memory alloys)、智慧塗料、為穿刺癒合設計的聚合物混合體(puncture-healing engineered polymer blends)、內含碳奈米管的多層電活性(electroactive)聚合物複合材料,以及相關製造技術。NASA的該項專案是為了確保各種為太空探索所開發的創新技術,也能讓大眾使用。

此外Grand View指出,數個國家正在提升國防預算,也成為智慧材料市場的成長動力。智慧材料能用於網路戰(cyber warfare)、情報戰術(intelligence tactics)、精確命中能力等;北美與歐洲已經展現了在智慧材料開發上的最強成長實力,大部分原因是來自政府的大量資金。此外,北美與歐洲都有歷史悠久的工業基礎建設支援。

不過亞太區市場預期會成長最快,包括印度、中國與新加坡等國因為有利的政府政策、航太與國防支出增加,以及醫療保健、汽車與建築等市場的發展,還有對智慧材料有興趣的業者之大量投資,引領該區域市場的發展。這些業者包括APC International、CeramTec Group、Kyocera、TDK以及CTS。估計全球智慧材料產業將在2025年之前取得13.5%的年複合成長率(CAGR)。

編譯:Judith Cheng

(參考原文:Aerospace & Defense Expected to Drive Smart-Materials Demand,by Barbara Jorgensen)